Bioprospecção de fungos produtores de enzimas lignocelulolíticas e identificação de novas proteínas auxiliares para aplicação na conversão de biomassa lignocelulósica

Abstract

A produção de energia e de químicos renováveis a partir da bioconversão de biomassa lignocelulósica é uma alternativa para minimizar a utilização de combustíveis fósseis e para agregar valor a diferentes cadeias produtivas. O crescente uso de enzimas em biorrefinarias de lignocelulose é dependente de um constante processo de inovação no qual se visa um melhor desempenho e redução de custo de obtenção das enzimas. Uma das barreiras encontradas pelas enzimas hidrolíticas é a recalcitrância da parede celular vegetal, mais especificamente da estrutura da celulose. Muitas das atividades enzimáticas requeridas pelo processo industrial dependem do somatório de diferentes enzimas que atuam em sinergismo. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar uma coleção de 291 fungos endofíticos de Paullinia cupana (guaranazeiro) e Rhizophora mangle (mangue-vermelho) quanto à capacidade de produzir extratos enzimáticos eficazes para desconstrução de biomassa pré-tratada de cana-de-açúcar, principal matéria-prima para o desenvolvimento da bioeconomia no Brasil. Além disso, no presente estudo duas β-expansinas de cana-de-açúcar, previamente identificadas por apresentarem especificidade na atuação no colmo de plantas adultas (SacEXP49 e SacEXP82), foram expressas com sucesso na levedura metilotrófica Pichia pastoris X-33 e alguns aspectos básicos de sua função foram investigados por ensaio de ligação à celulose microcristalina, determinação da resistência à tração de papel filtro tratado com as expansinas recombinantes e testes de hidrólise enzimática de bagaço de cana pré-tratado por método organosolv, utilizando celulases comerciais. Os resultados mostraram que as expansinas SacEXP49 e SacEXP82 recombinantes não possuem atividade hidrolítica sobre papel filtro e são capazes de se ligar à celulose microcristalina. Estas expansinas recombinantes não apresentaram sinergismo com celulases na hidrólise enzimática de bagaço pré-tratado, nas condições reacionais utilizadas. No entanto, elas alteraram significativamente a força tênsil de fibras de papel filtro em comparação com BSA (albumina de soro bovino, controle negativo) e de forma equivalente à uréia (controle positivo). Esses resultados revelam o potencial dessas proteínas como bioproduto renovável para aplicações na indústria baseada em celulose que dependem de modificações das propriedades físicas das fibras, para obter produtos derivados com características distintas. Quanto à seleção de fungos produtores de enzimas para desconstrução de lignocelulose presente no bagaço de cana pré-tratado, a estratégia de prospecção utilizada levou à seleção da cepa Talaromyces amestolkiae CP-230. Os extratos enzimáticos brutos (secretomas) deste fungo, obtidos a partir do cultivo não otimizado em fermentação submersa com bagaço de cana pré-tratado por autohidrólise ou por organosolv e aplicados como catalisadores na sacarificação destas biomassas foram tão eficientes na liberação de glicose (rendimento de glicose) quanto a enzima comercial Cellic CTec 3, nas condições utilizadas (5,0% de teor de sólidos; 3,3 FPU/g de biomassa; 50ºC; 200 rpm; 24 horas). Esses resultados mostram que a bioprospecção de fungos endofíticos de plantas de ambientes pouco explorados e hotspots de biodiversidade (Amazônia e manguezais) é uma estratégia prolífica para descoberta de novos microrganismos com capacidade de produção de enzimas de elevado valor biotecnológico, tais como celulases e hemicelulases.