Qual seria o lugar com maior probabilidade de haver microrganismos especializados em quebrar a parede celular da cana-de-açúcar, descontruir a celulose, um carboidrato longo que dá rigidez às plantas e não fermenta, e transformá-la em moléculas menores, de glicose, esse sim um tipo de açúcar que fermenta facilmente?
Resposta: em um ponto de uma usina de açúcar e álcool em que o solo é repetidamente coberto, há anos, por pilhas e pilhas de bagaços de cana. Foi em ambientes com essas características em usinas de cana-de-açúcar do interior paulista que um grupo de pesquisadores do Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) descobriu uma pequena enzima que acelera a desconstrução da celulose e a reduz as moléculas de glicose. O LNBR é um dos quatro laboratórios do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas.
Batizada de CelOCE (do inglês, Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme), a enzima é composta de 110 aminoácidos e é produzida por uma bactéria até então desconhecida, a UBP4, que vive em meio aos resíduos de biomassa da cana. A partir de amostras do solo sobre o qual, há mais de 20 anos, são estocados resíduos de cana, os pesquisadores obtiveram o DNA da bactéria e descobriram a sequência genética do microrganismo que fornece as instruções para produção da enzima.
“Mostramos que bactérias que vivem na natureza já sabem como desconstruir a celulose”, diz Mario Murakami, diretor científico do LNBR, coordenador do grupo de pesquisa que publica hoje (12/02) artigo na revista Nature em que apresenta a descoberta da CelOCE. “Essa enzima é um biocatalizador e vai ser muito útil para aumentar a produtividade das biorrefinarias de etanol.”
Eduardo CesarA nova enzima foi descoberta em bactérias que vivem em pilhas de bagaço de cana em usinas de etanolEduardo Cesar
A maioria dos autores do trabalho, que contou com financiamento parcial da FAPESP, é do CNPEM, mas também assinam o estudo colegas do campus de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (USP), da Universidade Aix Marseille, da França, e da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU).
Segundo o estudo, o emprego da CelOCE eleva em 21% a eficiência do coquetel enzimático comercial, hoje usado para a produção de etanol de segunda geração, a partir da biomassa (bagaço e palha) da cana. Esse processo é caro e bem menos eficiente do que a obtenção de álcool a partir do sumo da cana, líquido em que os açúcares já estão prontos para fermentar. “Hoje é possível aumentar em 10% a eficiência do coquetel com o emprego das LPMO [enzimas descobertas há mais de 20 anos que auxiliam a degradação da celulose]”, comenta o diretor científico do LNBR. “Mas nossa enzima tem mais ou menos o dobro da eficiência das LPMO.”
A equipe de Murakami dominou todo o processo de produção da enzima, cujo pedido de patente já foi solicitado. Eles clonaram o gene da bactéria que produz a CelOCE e o introduziram, com a ferramenta de edição molecular Crispr-Cas9, no fungo Trichoderma reesei. Assim, o fungo é capaz de produzir a CelOCE concomitantemente com as enzimas comercialmente empregadas no coquetel para degradar a celulose. “Um dos momentos mais interessantes da pesquisa foi quando conseguimos, usando as instalações do Sirius, resolver a estrutura cristalográfica da enzima”, comenta o biólogo molecular Clelton Aparecido dos Santos, do LNBR, primeiro autor do artigo. “Descobrimos que ela tem um arranjo incomum, com um sítio ativo compacto e um modo peculiar de interação com a celulose.” Maior equipamento científico do país, o acelerador Sirius é a fonte de luz síncroton do CNPEM.
“É um trabalho fantástico”, diz Igor Polikarpov, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, que (não participou da pesquisa) e estuda biologia estrutural e biofísica molecular e suas aplicações nas áreas de bioenergia e biotecnologia. “A CelOCE certamente será útil na hidrolise [quebra] enzimática de biomassa com celulose e pode vir a ser aplicada para a produção de etanol de segunda geração.”
Para o botânico Marcos Buckeridge, do Instituto de Biociências (IB) da USP, que pesquisa a produção de bionergia, o paper é extremamente bem-feito. “Eles usam muito bem as melhores técnicas de pesquisa disponíveis. Com isso, conseguiram fazer uma caracterização muito boa da enzima”, diz o pesquisador, que não participou do estudo com a CelOCE. O LNBR está em negociação com duas empresas para possivelmente licenciar a utilização do biocatalisador para a produção de etanol de segunda geração, isto é, a partir de açúcares da parede celular, como a celulose.
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