Estudo dos mecanismos de resposta ao estresse fermentativo em Zymomonas mobilis

Abstract

A crescente demanda global por fontes de energia renováveis e sustentáveis tem aumentado o destaque econômico dos biocombustíveis nas últimas décadas. Entre os principais biocombustíveis produzidos industrialmente, está o etanol produzido por microrganismos. A produção de etanol a partir de biomassa vegetal é grande interesse econômico e ambiental. Neste contexto, a bactéria Gram-negativa Zymomonas mobilis tem grande destaque devido à sua elevada produção de etanol e tolerância aos fatores de estresse fermentativo. Neste trabalho, o principal objetivo foi estudar os mecanismos de tolerância ao estresse fermentativo em Z. mobilis ZM4. Para tal, o perfil de crescimento, produção e tolerância ao etanol foi caracterizado e os métodos de manipulação genética em Z. mobilis foram estabelecidos, com a definição e teste de vetores de expressão, além de um sistema eficiente para a deleção gênica. O gene correspondente à proteína ZMO0994 (LEA-like) foi deletado com sucesso do genoma de Z. mobilis ZM4 e a linhagem resultante demonstrou perda significativa da tolerância ao estresse osmótico induzido por glicose e aumento da tolerância ao etanol. Esse é o primeiro relato de correlação entre uma proteína LEA-like bacteriana e os mecanismos de resposta ao estresse de fermentação alcoólica. Até o momento, não há nenhum trabalho publicado que demonstre experimentalmente o papel dos fatores sigma de Z. mobilis e nem a sua relação com os mecanismos de resposta ao estresse. Desta forma, os fatores sigma 70, sigma 32 e sigma 24 foram superexpressos em Z. mobilis ZM4 para investigar como esses fatores transcricionais se relacionam com a resposta às diferentes condições de estresse fermentativo. A superexpressão do fator sigma 32 aumentou a velocidade de crescimento em cultivos a 39oC e com 160 g/L de glicose, além de aumentar em 10% a taxa de consumo de glicose. O efeito em relação à tolerância ao etanol foi antagônico, diminuído a tolerância. A linhagem que superexpressa o fator sigma 24 também apresentou tolerância aumentada ao choque térmico, mas a relação com os outros fatores de estresse não foi conclusiva. Desta forma, é possível descrever o antagonismo existente entre a resposta ao estresse osmótico induzido por glicose e a resposta a elevadas concentrações de etanol, com o papel essencial desempenhado pela proteína ZMO0994 e pelo fator sigma 32. O melhor entendimento desses mecanismos contribui para o melhoramento de linhagens industriais de Z. mobilis, o que pode impactar diretamente a viabilidade econômica dos biocombustíveis produzidos por essa bactéria.