Bioprospecção da microbiota intestinal de Synthermes wheeleri utilizando o metagenoma bacteriano para minerar enzimas capazes de converter lignocelulose em químicos com alto valor agregado

Abstract

Os cupins consomem aproximadamente 3 a 7 bilhões de toneladas de materiais lignocelulósicos por ano e, portanto, representam um dos decompositores de lignocelulose mais prolíficos e eficientes da Terra. A bioconversão de polissacarídeos da parede celular por cupins é um processo altamente coordenado alcançado pelos simbiontes microbianos residentes no intestino. Neste trabalho objetivamos utilizar o potencial biotecnológico desses microrganismos para a obtenção de enzimas capazes de converter os polissacarídeos em produtos químicos de alto valor agregado e entender como as GHs se distribuem no instestino da espécie. O processo foi realizado com o metagenoma intestinal bacteriano de Syntermes wheeleri, uma espécie endêmica de cupins do cerrado brasileiro. Aqui desenvolvemos análises de bioinformática integrada que sugeriu grupos de proteínas em árvores filogenéticas com potencial de inovação. Os domínios dessas proteínas foram distribuídos em Glicosil Hidrolases (GHs) - 3, 5, 9 e 10 com representantes dos filos Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes e Spirochaeta, entre outros. Com o objetivo de caracterizar e avaliar o potencial biotecnológico utilizamos E. coli BL21(DE3) e os sistemas de plasmídeos pET para sintetizar alguns deles. Os resultados bioquímicos demonstraram 40-50ºC como a melhor temperatura de atividade para Exo8574 (exoglucanase) e Bgl7226 (βglicosidase), além de apresentarem pH ácido e básico como pH ótimo, respectivamente. O dicroísmo circular demonstrou a dependência da estrutura secundária pelo pH de acordo com a mudança nas quantidades de α-hélices e folhas β. Essas características proporcionaram as melhores condições para a sacarificação. Este processo pode ser usado em diferentes biomassas, como canade-açúcar e espiga de milho, usando o tratamento térmico como um processo de pré-tratamento ambientalmente sustentável, em comparação com o pré-tratamento químico, para melhorar o acesso de proteínas aos polissacarídeos. Nossos resultados ajudarão a elucidar a capacidade das enzimas selecionadas do metagenoma de bactérias intestinais de S. wheeleri em processos de biotecnologia de bioconversão de lignocelulose.