Desenvolvimento de uma linhagem industrial de Saccharomyces cerevisiae para aplicação na produção de etanol de segunda geração a partir de correntes ricas em xilose

Abstract

A fermentação de xilose, o segundo açúcar mais abundante em materiais lignocelulósicos, é uma etapa crítica para viabilidade econômica da produção de etanol de segunda geração. O presente trabalho descreve estratégias de modificação genética e de adaptação metabólica usadas na obtenção da primeira linhagem industrial de Saccharomyces cerevisiae recombinante desenvolvida no país, capaz de fermentar a xilose presente em hidrolisados lignocelulósico, com via da xilose isomerase integrada ao genoma. Como resultado, foi desenvolvida uma linhagem recombinante robusta capaz de converter de forma eficiente ambos os açúcares, xilose e a glicose, presentes no hidrolisado, obtendo-se alta concentração de etanol, 46 g/L, com produção do xilitol < 0,15 g/L. Esta levedura diploide foi construída de forma a estar adequada às condições de aplicação industrial, com a integração múltipla do gene XylA de Piromyces sp., interrupção das duas cópias do gene da aldose redutase endógena (GRE3) com cópias extras do gene codificador da xiluloquinase (XKS1::Δgre3), e remoção de todas as marcas de seleção dominantes. A linhagem se mostrou capaz de converter a xilose presente no hidrolisado com os melhores rendimentos já relatados, Yp/s=0,48 g de etanol/g de xilose, em escala de bancada de 1L, com alta tolerância a inibidores (4,6 g/L ácido acético). E comprovou o papel da adaptação metabólica no ajuste metabólico para a melhora na utilização da xilose. Além dessa abordagem, o presente trabalho também trouxe o ineditismo de desenvolver, por meio de desenho racional, um transportador Hxt3 endógeno com a mutação T210V capaz de transportar xilose. O papel da alteração deste resíduo e seu equivalente homólogo se mostrou uma característica conservada entre Hxt3 e Hxt5. O transportador Hxt3 mutante foi capaz de restaurar o crescimento de levedura hxt-null (EBY.VW4000) em xilose permitido um maior crescimento em comparação com os demais transportadores testados. Por fim, foram indicados novos potenciais transportadores derivados de Hxt3, Hxt5 e Hxt7 evoluídos em xilose que mostram uma melhora no crescimento e consumo de açúcares pela levedura hxt-null, expressando individualmente cada permease. A combinação das duas abordagens desenvolvidas aqui pode ser o caminho para o aumento da produtividade das futuras fermentações industriais para produção de etanol de lignocelulose.