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SUMMARY:Defesa de Tese de Doutorado — Renan Yuji Miyamoto
DESCRIPTION:Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas \nRenan Yuji Miyamoto \nInvestigação molecular de novas xilose isomerases para aplicação de materiais lignocelulósicos \nSala IB-11\, Bloco O\, Instituto de Biologia\, Prédio da Pós-Graduação (Rua Bertrand Russell esq. Rua Charles Darwin) \nPresidente\nDrª Letícia Maria Zanphorlin Murakami — LNBR / CNPEM \nMembros titulares\nProfª Drª Thais Suzane Milessi Esteves — CCET / UFSCar\nDr. Clelton Aparecido dos Santos — LNBR / CNPEM\nProf. Dr. Fernando Segato — EEL / USP\nProf. Dr. Richard John Ward — FFCLRP / USP \nMembros suplentes\nProf. Dr. André Ricardo de Lima Damasio — IB / Unicamp\nDr. Célio Cabral Oliveira — LNBR / CNPEM\nProfª Drª Rosana Goldbeck Coelho — FEA / Unicamp\nDr. João Heitor Colombelli Manfrão Netto — LNBR / CNPEM \nResumo\nXilose é o açúcar mais abundante do planeta depois da glicose. A utilização eficiente deste açúcar se torna um pré-requisito crucial visando a consolidação de uma biorrefinaria. Entretanto\, há desafios significativos no que se refere à metabolização eficiente de xilose por microrganismos industriais. A natureza possui três formas de metabolização de xilose\, sendo que a via de isomerização por meio de enzimas conhecidas como Xilose Isomerase (XI)\, tem se apresentado como a mais promissora. No entanto\, alguns gargalos como a baixa atividade desta enzima quando produzida em Saccharomyces cerevisiae\, um dos microrganismos mais robustos para utilização em bioprocessos\, contribui para o baixo aproveitamento da xilose. Diante dessa problemática\, o objetivo primário dessa tese de doutorado foi contribuir para disponibilizar tecnologias promissoras para o aproveitamento da xilose na obtenção de commodities\, como o etanol\, e também para a produção de químicos de valor agregado\, como a vitamina B6. Ambas as tecnologias estudadas são dependentes da reação de isomerização catalisada pela XI. Com isso\, essa tese está dividida em quatro capítulos. No capítulo 1\, apresenta-se o estado da arte sobre XIs\, bem como os processos aplicados utilizando-se essas enzimas visando a valorização da xilose. No capítulo 2\, mostramos a prospecção de duas XIs (XylA1F1 e XylA2F1) de uma bactéria isolada de solo brasileiro. Diferenças nos parâmetros cinéticos foram observados provavelmente devido à aspectos estruturais de reconhecimento e acomodação da xilose já que a arquitetura de seus sítios catalíticos possui alterações significativas. Apesar dos avanços no conhecimento de propriedades bioquímicas e moleculares obtidos para XylA1F1 e XylA2F1\, essas enzimas apresentaram baixa atividade em condições brandas de temperatura para serem utilizadas em um processo de fermentação de xilose\, uma vez que a levedura Saccharomyces atua em temperatura próxima de 32 °C. Nesse sentido\, no capítulo 3\, utilizamos uma abordagem metagenômica combinada com redes de similaridade de sequências para explorar a biodiversidade do solo de manguezais e da Antártica objetivando a descoberta de enzimas capazes de atuar em condições de baixa temperatura. Assim\, novos alvos enzimáticos foram caracterizados e comparados com a XI modelo da literatura. Como destaque\, vimos que uma das enzimas selecionadas da Antártica (ArXI) apresentou melhor performance nas condições de fermentação. Entretanto\, quando a S. cerevisiae foi transformada com as XIs\, a XI modelo apresentou melhor taxa de crescimento em xilose\, apesar da enzima ArXI ter melhor performance nos ensaios in vitro. Esse resultado sugere que a metabolização de xilose por microrganismo engenheirado com XI não depende exclusivamente dos aspectos funcionais enzimáticos\, revelando uma complexidade notória na sinergia de produção e enovelamento proteico\, performance enzimática e taxa de consumo de xilulose dentro do microrganismo. Diante desses resultados\, no capítulo 4 avaliamos uma nova abordagem para valorização da xilose\, de forma alternativa à engenharia metabólica. Para este fim\, desenvolvemos uma rota sintética baseada no uso de uma cascata enzimática capaz de converter xilose em vitamina B6. Análises in sílico demonstraram a termodinâmica favorável para essa rota sintética\, e modelagens computacionais indicaram uma condição inicial para produzir vitamina B6. A prova de conceito experimental foi realizada com xilose sintética e a viabilidade corroborada. Após experimentos de otimização\, nos quais modificamos a concentração enzimática e de cofatores\, a produção de vitamina B6 foi aumentada em 42 %. De modo a validar a tecnologia desenvolvida em um ambiente industrialmente relevante\, utilizamos hidrolisado lignocelulósico como fonte de xilose. Os resultados confirmaram a eficiência da cascata em transformar xilose em vitamina B6\, demonstrando a robustez da nossa tecnologia. Assim\, realizamos uma análise de Plackett-Burman para identificar as variáveis significativas para esse processo\, possibilitando o aumento da produção de vitamina B6 em 117 % a partir do hidrolisado do bagaço de cana de açúcar. Portanto\, esse trabalho de doutorado além de aprofundar no entendimento molecular que dirige a atividade enzimática de XI\, também traz perspectivas inovativas para a valorização de resíduos agroindustriais\, em especial\, a xilose\, para produção de bioprodutos\, contribuindo\, portanto\, para uma economia circular sustentável.
URL:https://fleming.fcf.unicamp.br/evento/defesa_rym/
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