Desenvolvimento de um Processo de Produção do Aminoácido treonina por via Biotecnológia

• Autor(a) principal: Reis, João Lucas Maehara Said dos
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/87/87131/tde-23102023-142931/
• topic: Escherichia coli; Escherichia coli; Bioprocesses; Bioprocessos; L-Threonine; L-Treonina; SuperPro Designer; SuperPro Designer

O mercado global de aminoácidos foi avaliado em US$ 21.768,2 milhões em 2019 e deve chegar a US$ 41.296,7 milhões até 2027, progredindo a um CAGR (Compound Annual Growth Rate) de 8,3% de 2019 a 2027. Já a demanda global do aminoácido treonina foi de 1.007,5 quilo toneladas em 2019 e deve chegar a 2.165,2 quilo toneladas até 2027, crescendo a um CAGR estimado de 6,1% de 2020 a 2027 (GRAND VIEW RESEARCH, 2021). Como a L-treonina é o terceiro aminoácido mais vendido com base no volume e o segundo aminoácido mais utilizado na alimentação de suínos e aves, o desenvolvimento do bioprocesso de produção de Treonina no Brasil mostra-se bastante promissor. Esse trabalho visou a desenvolver esse bioprocesso numa visão industrial. Primeiramente, foi feita a construção de linhagens mutantes da bactéria Escherichia coli para a produção de L-treonina por via biotecnológica. Foram utilizadas estratégias para a alteração de determinadas vias metabólicas de modo a direcionar o fluxo de carbono para a síntese do aminoácido de interesse. Foi realizada a superexpressão das principais enzimas na via sintética. O operon thrABC presente no genoma de E. coli é responsável pela síntese das principais enzimas envolvidas na biossíntese de treonina, que são: Aspartato Quinase, Homoserina Desidrogenase e Treonina Sintase. A estratégia adotada foi a superexpressão de apenas o gene thrB, contendo o promotor sintético pJ23100. Outra estratégia envolveu a engenharia de sistemas exportadores e importadores de treonina, que permitiu aumentar a produção, facilitando a acumulação extracelular de treonina. Dessa forma, a superexpressão de outro gene, o rhtC mostrou-se como uma alternativa para aumentar a concentração extracelular do aminoácido sem prejudicar a sua produção. Além disso, a deleção dos genes tdcC e sstT, responsáveis pela importação da treonina presente no meio para o interior da célula também se mostrou como uma alternativa promissora no aumento da quantidade produzida desse aminoácido. Como resultado, a superexpressão dos genes thrB e o rhtC foi a principal estratégia adotada. A bactéria utilizada como plataforma para a superexpressão foi uma Escherichia coli MG1655, com os genes metJ e lysA previamente nocauteados. O gene metJ é um inibidor da enzima Aspartato Quinase, enquanto o nocaute do gene lysA torna a bactéria auxotrófica no aminoácido lisina, cuja via para síntese é concorrente da via da treonina. Ao total foram gerados 8 mutantes, sendo a linhagem MG1655 ΔMetJ ΔlysA pBBR-rhtC-thrB a que apresentou os melhores resultados de produção em agitador rotativo. Por esse motivo ela foi escolhida para ensaio em biorreator, atingindo uma concentração de treonina de 15,2 g/L em 48 horas de ensaio.