Cientistas usam levedura modificada para produzir o adoçante xilitol a partir da palha da cana

Pesquisadores da Unicamp editaram o genoma da espécie Saccharomyces cerevisiae, comumente usada na produção de etanol, para torná-la capaz de converter xilose em xilitol. Estratégia pode agregar valor à indústria de etanol e suprir demanda por adoçante mais saudável.

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Julia Moióli | Agência FAPESP – A palha da cana-de-açúcar, biomassa de baixo custo utilizada na produção de etanol de segunda geração, pode originar um açúcar de ainda maior valor agregado e interesse econômico: o xilitol. Por meio da ação de uma versão modificada do microrganismo Saccharomyces cerevisiae, a xilose presente no material pode ser metabolizada, resultando no saudável e cada vez mais popular adoçante. É o que mostram estudos realizados na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), cujos resultados foram publicados no Journal of Genetic Engineering and Biotechnology.

“Atualmente esse potencial é negligenciado pela indústria do etanol, que deixa de agregar valor e de suprir a demanda crescente do mercado e da indústria alimentícia pelo adoçante xilitol”, afirma Fellipe da Silveira Bezerra de Mello, um dos autores do artigo e pesquisador do Departamento de Genética, Evolução, Microbiologia e Imunologia do Instituto de Biologia (IB-Unicamp).

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“O sabor adocicado do xilitol é percebido por nosso cérebro como se fosse açúcar, mas o químico carrega o benefício de não ser metabolizado pelo intestino e não ser fermentado pelos microrganismos que causam cáries, o que lhe dá um potencial gigantesco no mercado mundial”, completa Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, professor do IB-Unicamp que também participou da pesquisa.

Edição genética

O trabalho é uma combinação de dois esforços de pesquisa. O primeiro envolveu a criação de um sistema para modificação genética de linhagens industriais brasileiras de Saccharomyces cerevisiae. Essa levedura não metaboliza naturalmente a xilose, um tipo de açúcar disponível na biomassa da cana-de-açúcar (e também em troncos e folhas de outros vegetais), como faz ao transformar glicose em etanol. Por isso a necessidade de criar uma cepa mutante.

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O microrganismo recebeu o gene que converte xilose em xilitol por meio de uma técnica de edição gênica conhecida como CRISPR-Cas9 (sigla para Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas, que funciona com uma proteína associada, a Cas), que permite a edição precisa de uma região específica do DNA. Trata-se do primeiro estudo do tipo utilizando as principais linhagens da levedura usada pela indústria brasileira de bioetanol e que, a partir de agora, poderá servir de base para o trabalho de outros pesquisadores.

Após a edição genética da S. cerevisiae, teve início a segunda frente do trabalho: os testes para confirmar que seria possível aproveitar a mesma fonte de material utilizada na produção de etanol de segunda geração – a palha da cana-de-açúcar hidrolisada, ou seja, degradada para a liberação da xilose – para obter o xilitol. Além disso, nessa etapa, foi comparada a produção feita por duas leveduras editadas da mesma maneira: uma industrial e outra laboratorial. Ambas as cepas obtiveram sucesso, mas a industrial superou consistentemente a de laboratório.

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“Os resultados mostraram que a levedura industrial brasileira consegue produzir mais xilitol no meio ótimo, que contém apenas a xilose, sem todos os estresses [impurezas] do hidrolisado de cana-de-açúcar. A linhagem industrial também obteve maior sucesso na produção de xilitol usando o hidrolisado da palha [com as impurezas], indicando que essa cepa também possui resistência aos estresses presentes nesse meio”, conta Mello.

“De forma conclusiva, o que percebemos foi que a levedura industrial brasileira, além de ser muito boa para a fermentação do etanol, também é excelente para produzir outras moléculas, no caso o xilitol, que tem maior valor agregado.”

Futuro

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Finalizada a prova de conceito, os pesquisadores trabalham agora para aumentar a produtividade por meio de benfeitorias no processo de fermentação do hidrolisado de cana. Uma das estratégias é suplementar o meio de cultura para promover maior crescimento da levedura. Outra é aplicar uma corrente elétrica ao meio, o que deve contribuir para a regeneração de cofatores (moléculas que auxiliam nas reações químicas necessárias para a transformação da xilose) – quanto mais cofatores, maior é a produção de xilitol.

“Estamos realizando uma varredura de possíveis estratégias para obter um produto comercial com competitividade industrial. Desse modo, a área de engenharia poderia trabalhar com a purificação do produto para utilização pelo consumidor.”

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Também participaram dos estudos Carla ManeiraFrank Uriel Lizarazo SuarezSheila Nagamatsu, Beatriz Vargas, Carla Vieira, Thais Secches, Alessando L. V. CoradiniMaria Augusta de Carvalho SilvelloRosana Goldbeck e Gleidson Silva Teixeira. O grupo teve apoio da FAPESP por meio de três projetos (15/06677-818/03403-2 e 16/02506-7).

O artigo Rational engineering of industrial S. cerevisiae: towards xylitol production from sugarcane straw pode ser lido em: https://jgeb.springeropen.com/articles/10.1186/s43141-022-00359-8.

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