Potencial biotecnológico de leveduras fermentadoras de D-xilose isoladas de regiões de Floresta Amazônica Brasileira

• Autor(a) principal: Raquel Miranda Cadete
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/65667
• topic: Potencial biotecnológico; Leveduras; D-xilose; Floresta Amazônica Brasileira; Microbiologia; Biotecnologia; Leveduras; Xilose

A atual busca pela produção de combustíveis sustentáveis tem sido conduzida por propósitos ambientais, econômicos, políticos, geográficos e sociais. Neste cenário, o etanol de segunda geração (2G) é considerado o principal combustível renovável, e a conversão eficiente dos açúcares advindos de materiais lignocelulósicos em etanol tornou-se uma prioridade mundial para a produção ambientalmente favorável dessa fonte de energia a custos viáveis. Os objetivos deste trabalho foram isolar, identificar e caracterizar leveduras capazes de fermentar D-xilose, segundo monossacarídeo mais abundante da biomassa vegetal, tendo em vista o emprego desses micro-organismos em processos fermentativos de obtenção do etanol 2G. Duzentas e vinte e quatro leveduras foram isoladas a partir de 40 amostras de madeira em decomposição coletadas em áreas de Floresta Amazônica Brasileira. Trinta e três espécies, 26 das quais já descritas pela literatura e sete novas espécies foram identificadas. Dentre as novas espécies, cinco são atribuídas aos dois principais clados detentores de leveduras fermentadoras de D-xilose: clado Scheffersomyces, representado pela espécie Sc. amazonensis, e clado Spathaspora, representado pelas espécies Sp. brasiliensis, Sp. roraimanensis, Sp. suhii e Sp. xylofermentans. Além dessas novas espécies, seis linhagens de Sp. passalidarum também foram encontradas. A partir de ensaios de fermentação de D-xilose conduzidos em meio complexo e hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar, e da determinação das atividades enzimáticas e utilização de co-fatores das enzimas xilose redutase (XR) e xilitol desidrogenase (XDH), foi possível a caracterização das leveduras estudadas de acordo com o principal metabólito obtido, etanol ou xilitol. As espécies produtoras de xilitol (Sc. amazonensis, Sp. brasiliensis, Sp. roraimanensis, Sp. suhii e Sp. xylofermentans) apresentaram atividades de XR estritamente dependentes de NADPH. Spathaspora arborariae e Sp. passalidarum, espécies produtoras de etanol, exibiram XR dependente de NAD(P)H, e adicionalmente, em Sp. passalidarum, esta enzima exibiu preferência por NADH. A identificação dos genes codificadores de XR (XYL1) nas espécies de Spathaspora analisadas resultou na constatação de que Sp. passalidarum é a única que alberga dois genes, XYL1.1 e XYL1.2, dotados de tal função. Nas demais espécies, somente um gene, XYL1, foi encontrado, responsável pela codificação de uma XR (XYL1p) que exibe maior homologia à XR codificada por XYL1.1 (XYL1.1p) que XYL1.2 (XYL1.2p). XYL1.2p dispõe de uma atividade enzimática com preferência por NADH, comportamento este capaz de manter o balanço de cofatores nas etapas iniciais do metabolismo de D-xilose, conferindo à Sp. passalidarum uma notável capacidade de produzir etanol durante este processo. Esta enzima apresenta exclusivamente na posição 271 da região promovedora da ligação ao co-fator um resíduo de ácido aspártico em substituição ao resíduo de asparagina, este último encontrado na posição correpondente na maioria das demais sequencias de XR identificadas. Esse atributo está diretamente relacionado à v preferência por NADH mostrada por XYL1.2p. A expressão heteróloga dos genes XYL1.1 e XYL1.2 da linhagem tipo e de uma linhagem brasileira de Sp. passalidarum permitiu a averiguação do comportamento de cada gene no metabolismo de D-xilose em S. cerevisiae. O transformante gerado com o gene XYL1.2 da linhagem brasileira exibiu uma rápida e elevada conversão de Dxilose a etanol em anaerobiose juntamente com uma baixa produção de xilitol. Os resultados deste trabalho contribuem para a demonstração do potencial de estudos de novas espécies e linhagens de leveduras fermentadoras de D-xilose isoladas de biomas brasileiros no que diz respeito à evolução, taxonomia e aplicações biotecnológicas desses micro-organismos. A construção de uma linhagem de S. cerevisiae a partir de um gene inédito e capaz de fermentar D-xilose em anaerobiose com elevado rendimento e produtividade em etanol destaca-se como uma importante ferramenta no aprimoramento da obtenção do etanol de segunda geração via fermentação eficiente de D-xilose.