Notícia

Descoberto novo mecanismo para a bioprodução eficiente de compostos-alvo a partir de biomassa

Fonte

Universidade Kobe

Data

domingo, 17 abril 2022 15:25

Áreas

Biotecnologia. Economia. Engenharia Ambiental. Gestão de Resíduos. Indústria. Objetivos do Desenvolvimento Sustentável. Química Verde. Tecnologias.

Uma grande vantagem dos produtos derivados da biomassa – recursos renováveis ​​de baixo custo e abundantes na natureza – é que são neutros em carbono: sua produção e descarte não aumentam os níveis atmosféricos de CO₂. Nas tecnologias de bioprodução, essa biomassa é utilizada como matéria-prima e micróbios são aplicados a ela para produzir compostos-alvo (por exemplo, compostos aromáticos para indústrias químicas, farmacêuticas ou alimentícias, entre outras). O desenvolvimento dessas tecnologias contribui para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) e é vital para a viabilização de uma sociedade de baixo carbono.

Uma pesquisa colaborativa descobriu um novo mecanismo pelo qual a glicose que é capturada por bactérias Escherichia Coli (E. Coli) é então secretada da célula bacteriana como glicose-6-fosfato (G6P). Esta descoberta tem aplicações significativas para melhorar os métodos de produção sustentável de compostos aromáticos e matérias-primas úteis para as indústrias a partir da biomassa.

O grupo de pesquisadores incluiu o Dr. Tsutomu Tanaka, professor da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade Kobe, o Dr. Ryosuke Fujiwara e o Dr. Shuhei Noda, do Riken Center for Sustainable Resource Science (CSRS), e o Dr. Mitsuo Umetsu, professor da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade Tohoku, no Japão.

Com base no mecanismo descoberto, os pesquisadores desenvolveram com sucesso uma nova técnica para aumentar a produção de composto-alvo combinando engenharia metabólica e engenharia de superfície celular. Espera-se que, aplicando esta técnica, seja possível aumentar significativamente a quantidade de compostos-alvo produzidos pela adição de uma pequena quantidade de ‘especiaria metabólica’ à cultura microbiana.

O grupo de pesquisa mostrou enzimas de decomposição de biomassa na superfície de uma variedade de micróbios e desenvolveu tecnologia de engenharia de superfície celular para melhorar a resolução espacial da biomassa. Os micróbios degradaram os açúcares encontrados na biomassa vegetal, como celulose e celo-oligossacarídeos, em glicose.

No decorrer da pesquisa, os pesquisadores descobriram um novo fenômeno completamente alheio à degradação da biomassa: eles descobriram que a produção do composto-alvo foi aumentada pela expressão da superfície da enzima. Utilizando esse fenômeno, eles demonstraram que era possível aumentar a taxa e a quantidade de produção de compostos derivados de biomassa, contribuindo para a descarbonização da produção de materiais. O grupo então realizou mais pesquisas com o objetivo de entender o mecanismo por trás desse fenômeno e aplicá-lo a ‘especiarias metabólicas’.

Nova descoberta

O grupo de pesquisa descobriu o fenômeno completamente novo em que uma porção da glicose capturada pelo microrganismo modelo E. coli é ejetada da célula bacteriana como glicose-6-fosfato (G6P). Normalmente, os micróbios convertem continuamente a glicose (sua fonte de nutrição) em G6P e a capturam dentro de suas células. Até agora, pensava-se que a G6P não seria ejetada das células bacterianas uma vez capturada. Este estudo revelou um novo mecanismo pelo qual a E. coli ejeta a G6P, contradizendo a teoria comumente aceita. A enzima de degradação de biomassa é expressa na superfície celular do micróbio e ejeta a G6P. Os pesquisadores descobriram que prender temporariamente essa G6P estimulou o metabolismo dentro das células de E. coli, aumentando assim a produção do composto-alvo.

Em seguida, o grupo de pesquisa utilizou esse mecanismo para localizar várias proteínas que podem prender a G6P na superfície da célula bacteriana. Desta forma, eles desenvolveram uma nova técnica para aumentar a produção do composto-alvo. Eles demonstraram com sucesso a nova técnica, produzindo quantidades aumentadas do aminoácido aromático fenilalanina.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista científica Metabolic Engineering.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Kobe (em inglês).

Fonte: Universidade Kobe. Imagem: Pixabay.