Engenharia genética de Komagataella phaffii para aumento da tolerância a inibidores presentes no hidrolisado lignocelulósico

Abstract

A biomassa lignocelulósica representa uma matéria-prima renovável de grande potencial para a produção de energia e compostos químicos industriais, a partir de sua utilização por microrganismos. Entre os desafios do uso da biomassa em bioprocessos, está a presença de compostos inibitórios ao metabolismo microbiano, produzidos durante as etapas de pré-tratamento da fração lignocelulósica. Os inibidores estão agrupados em ácidos orgânicos (ácidos acético, fórmico e levulínico), furaldeídos (2- furaldeído (furfural) e 5-hidroximetil-2-furaldeído (HMF)) e compostos fenólicos. A levedura Komagataella phaffii, cada vez mais empregada na produção de proteínas heterólogas e compostos químicos a partir de biomassa, foi escolhida neste trabalho para superexpressar genes potencialmente envolvidos no aumento da resposta de tolerância aos principais inibidores do hidrolisado lignocelulósico de bagaço de cana de açúcar. Duas linhagens recombinantes, X33-pKLD-YJR096W e X33-pKLD-YNL134C, além da levedura controle, foram construídas e cultivadas na presença de HMF. Em meio suplementado com HMF 2 g. L-1, as linhagens superexpressando os genes YJR096W e YNL134C foram capazes de deixar a fase lag de crescimento 17 horas antes da levedura controle, além de apresentaram um maior consumo de glicose nas primeiras 48 horas de cultivo (33,9 e 44,04 g. L-1 , respectivamente), quando comparado ao controle (24,59 g. L -1), assim como maior conversão de HMF em compostos menos tóxicos, como furano 2,5- dimetanol, nas primeiras 7 horas (1,29 e 1,87 g. L -1, respectivamente), em comparação à levedura controle (1,01 g. L-1). Em concentrações mais elevadas de HMF (3,5 g. L-1), as linhagens X33-pKLD-YJR096W e X33-pKLDYNL134C foram capazes de deixar a fase lag 12 horas antes da levedura controle, além de terem sido capazes de consumir mais glicose (23,68 e 29,34 g. L-1, respectivamente), nas primeiras 48 horas, quando comparadas ao controle (21,55 g. L-1) e terem convertido mais HMF (3,18 e 3,45 g. L-1, respectivamente) em comparação à levedura controle (2,78 g. L-1, respectivamente). Os resultados, portanto, revelaram que a superexpressão dos genes YJR096W e YNL134C conferiu à K. phaffii um fenótipo de tolerância à presença do HMF, presente no hidrolisado lignocelulósico, refletido nas maiores taxas de crescimento celular, consumo de glicose e conversão de HMF em espécies químicas menos toxicas ao metabolismo celular.