Mariana Melo /Agência USP de Notícias
Modificações genéticas e experimentos de evolução garantiram um aumento de 11% no rendimento da fermentação de leveduras utilizadas no processo de fabricação de etanol proveniente da cana-de-açúcar. A constatação é feita por uma pesquisa da USP, realizada em parceria com a Universidade Federal da Santa Catarina (UFSC) e com a Delft University of Technology (TU Delft) da Holanda. De acordo com o autor do estudo, o farmacêutico Thiago Basso, um aumento de apenas 3% no rendimento da fermentação representaria um aumento de 1 bilhão de litros de etanol por ano. O artigo referente a este trabalho recebeu o primeiro lugar no prêmio TOP Etanol do Projeto Agora, celebrado em 30 de maio.
A tese Melhoramento da Fermentação Alcóolica em Saccharomyces cerevisiae por Engenharia Evolutiva foi desenvolvida por Basso para o Programa Interunidades de Pós-Graduação em Biotecnologia da USP, do Instituto Butantan e Instituto de Pesquisa Tecnológicas (IPT). Os professores da Escola Politécnica (Poli) Andreas Gombert e Aldo Tonso, foram os orientadores e co-orientadores da pesquisa, respectivamente. O estudo teve início com um projeto criado pelo professor Boris Stambuk, e fez parte de um projeto financiado pela FAPESP, dentro do programa de Pesquisa em Bioenergia BIOEN, coordenado pelo professor Andreas Gombert.
Processo
No Centro de Ciências Biológicas da UFSC, no laboratório do professor Stambuk, foi realizada a modificação genética da levedura; no laboratório do professor Gombert, a levedura modificada foi avaliada sob condições específicas e, no laboratório do professor Jack Pronk, na Holanda, foram investigadas as bases genéticas da nova levedura e realizados os experimentos de evolução.
A modificação genética foi produzida por meio da tecnologia de DNA recombinante, que alterou o gene produtor da enzima invertase, responsável pela clivagem da sacarose, que passou a ocorrer em meio intracelular. Na levedura original, a sacarose é clivada no meio extracelular e resulta em duas moléculas (glicose e frutose), que são absorvidas pela levedura e transformadas em etanol. No experimento, a célula absorveu a sacarose diretamente.
No entanto, o transporte de sacarose mostrou-se insuficiente e o rendimento ficou abaixo do esperado. Para contornar a situação, as leveduras modificadas foram cultivadas em um reator chamado quimiostato, num processo contínuo no qual a sacarose era um fator limitante. Com isso, o clone que sofresse uma mutação que garantisse maior rendimento energético seria selecionado naturalmente em relação aos demais, fornecendo uma geração de leveduras que clivassem sacarose internamente e apresentassem um rendimento energético considerado compatível com previsões teóricas. Esse resultado foi alcançado após 60 gerações desses organismos.
Depois da segunda etapa do experimento, as novas leveduras foram analisadas e verificou-se aumento de expressão de vários genes, incluindo a duplicação do gene AGT1, responsável por transportar sacarose para o interior das células. Os estudos continuam, agora, na tentativa de identificar as mutações ocorridas na etapa evolutiva, num processo chamado de “engenharia metabólica inversa”.
Impacto
A modificação genética em leveduras industriais já foi obtida recentemente através de um projeto de P&D com a Usina Cerradinho Açúcar e Álcool, com apoio da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP). Estas leveduras modificadas estão sendo testadas no ambiente industrial.
Ainda que durante seu doutorado a estratégia não tenha sido testada em ambiente industrial, Basso afirma que sua pesquisa mostra o potencial econômico da engenharia genética e da evolução em laboratório quando associada à produção sucroalcooleira.
Mais informações: e-mail to.basso@gmail.com