Desenvolvimento de complexos enzimáticos baseados em xilanases de Clostridium thermocellum

Abstract

Clostridium thermocellum é uma bactéria anaeróbica termófila, especializada na degradação de compostos celulósicos por meio da secreção de um complexo enzimático chamado de celulossomas. Dentre as principais característica que chamam a atenção para celulossomas como maquinaria enzimática para degradação da parede celular vegetal, tem-se a presença de diversas atividades além das celulases, como xilanases e pectinases. Apesar do grande número de estudos em relação ao efeito da formação de complexos enzimáticos formados por celulases, pouco se sabe da vantagem da organização de xilanases em complexos enzimáticos, assim como o efeito de tal complexação em aplicações biotecnológicas. No presente trabalho, foi realizada a expressão heteróloga das xilanases XynZ, e XynA, assim como a porção n-terminal da proteína estrutural CipA, contendo dois domínios cohesin e um domínio de associação a celulose. Para a enzima XynA, foi realizado um primeiro trabalho experimental para avaliar o efeito de compostos fenólicos derivados da biomassa lignocelulósica em sua atividade xilanolítica. Dentre os compostos avaliados, ácido tânico causou maior perda na atividade quando a enzima foi exposta a temperatura de 60ºC. Quando a enzima foi exposta aos compostos fenólicos a baixa temperatura (40ºC), a perda da atividade tornou-se reversível. Ainda em relação a xilanase XynA, a mesma foi utilizada para formulação de complexo enzimático usando a região n-terminal da proteína estrutural CipA. Quando o complexo enzimático formado foi utilizado para hidrólise do bagaço da cana de açúcar tratado, apresentou maior desempenho na liberação de açúcares redutores, em relação a mesma carga enzimática utilizando a enzima em sua forma não associada ao complexo. Também foi observado que a proteína estrutural, quando utilizada para suplementar misturas enzimáticas de origem fúngica para hidrólise de biomassa lignocelulósica, foi capaz de melhorar a produção de D-glicose. A enzima XynZ também foi utilizada para produção de mini xilanossomas utilizando a proteína estrutural CipA com dois domínios cohesin e um domínio de associação a carboidratos, o complexo formado apresentou efeito de pH e temperatura similares ao da enzima não complexada, entretendo observou-se ganho na estabilidade térmica quando a enzima estava associada a um complexo. Quando o mini xilanossoma foi utilizado para hidrolisar fibras de sisal, foi observado geração de açúcares redutores até três vezes superiores em comparação quando utilizado a enzima em sua forma não complexada. Os resultados demonstrados no presente trabalho atestam que a complexação de xilanases em mini-xilanosomas podem contribuir para uma maior desconstrução da biomassa lignocelulósica.