Biologia sintética para a produção de etileno glicol em Komagataella phaffii a partir de xilose

Abstract

O etileno glicol é uma molécula versátil produzida na indústria petroquímica e amplamente utilizada na fabricação de polímeros plásticos (PET), anticongelantes, e fluidos automotivos. Também pode ser utilizado como monômero bloco construtor para a produção de moléculas na indústria química e farmacêutica. Atualmente, a produção de etileno glicol é química ou semibiológica, o que gera impacto negativo no meio ambiente. A produção biotecnológica de etileno glicol pode ocorrer por vias sintéticas através da redução de glicoaldeído, utilizando xilose como substrato, açúcar presente em hidrolisados de biomassa de cana de açúcar. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo desenvolver um processo de produção de etileno glicol a partir de xilose, utilizando a levedura Komagataella phaffii como plataforma microbiana. Uma via metabólica sintética de produção de etileno glicol baseada nas enzimas xilose desidrogenase (XDH), xilonato desidratase (XD), aldolase (ALDO) e aldose redutase (ALDR) foi construída in sílico e implementada pela expressão em K. phaffii X-33. A funcionalidade da via de produção de etileno glicol foi avaliada in vivo através de experimentos de fermentação com linhagens recombinantes de K. phaffii em frasco e biorreator. Além de identificar e avaliar a funcionalidade de novas sequências codificantes para enzimas XD, foi analisado o efeito de diferentes combinações de XDH e XD na produção de EG em linhagens recombinantes de K. phaffii. Todas as linhagens construídas foram capazes de metabolizar a xilose, em meio definido, com produção máxima de etileno glicol de 1,34 g/L, resultados que mostram a funcionalidade da nova via sintética. Uma nova XD identificada nesse trabalho permitiu produção de EG 30% maior que a linhagem expressando a XD controle. Finalmente, diferentes condições de cultivo foram testadas, e gargalos na via metabólica foram identificados, possibilitando um maior entendimento a respeito do metabolismo de K. phaffii. Os resultados gerados nesse trabalho contribuem para o desenvolvimento de um processo de produção de EG por rota biológica a partir de recurso renovável.