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ENGENHEIROS CONVERTEM CÉLULAS DE LEVEDURA EM BIOCOMBUSTÍVEL

 Edição Avulsa Vol. 1, N. 1, 20 de Agosto de 2014
DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2014.08.20.001

 Já imaginou a produção de biocombustível, nylon, suplementos alimentares a partir de uma célula? Isso é possível se tivermos leveduras que tenham grande quantidade de gordura dentro delas.

Primeiramente, temos que saber o que são as leveduras. Leveduras, assim como os bolores e cogumelos, são fungos. Apresentam-se caracteristicamente sob a forma unicelular, ou de uma única célula. A etimologia da palavra levedura tem origem no termo latino levare com o sentido de crescer ou fazer crescer, pois as primeiras leveduras descobertas estavam associadas a processos fermentativos como o de pães e de mostos, que servem para a produção da cerveja. Elas provocam um aumento da massa do pão ou do volume do mosto pela liberação de gás e formação de espuma nos mostos.

Como células simples, as leveduras crescem e se reproduzem mais rapidamente do que os bolores (que crescem no pão e ficam como manchas verdes sobre eles), pois são mais eficientes na realização de alterações químicas, devido a sua maior relação de área/volume.

Estes microrganismos são cultivados em destilarias para a produção de etanol (álcool combustível) a partir do açúcar da cana. São também cultivadas a partir do melaço da cana-de-açúcar para serem usadas na fabricação de pães. Assim, são de extrema importância para a produção de álcool (álcool combustível e bebidas alcoólicas), além de outros produtos de grande interesse industrial até para a saúde e alimentação animal.

A pesquisa

Usando células de levedura geneticamente modificadas e açúcar de mesa comum, os engenheiros da Escola Cockrell de Engenharia, da Universidade do Texas, nos EUA, desenvolveram um novo biocombustível, uma nova fonte de energia renovável. Esta levedura produz óleos e gorduras, conhecidos como lipídeos, que podem ser utilizados no lugar dos produtos derivados do petróleo (Figura 1).

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Figura 1: Figura à esquerda: Cultura de células de leveduras com cerca de 15% de conteúdo lipídico. Figura à direita: células de leveduras projetadas com quase 90% de conteúdo lipídico.

O cientista, Professor Dr Hal Alper, junto com sua equipe de estudantes, criaram uma nova plataforma baseada em células. Dado que as células de levedura crescem em açúcares, o Dr. Alper batizou o biocombustível produzido por este processo de “uma versão renovável de petróleo bruto doce”.

A plataforma dos pesquisadores produz a mais alta concentração de óleos e gorduras relatada por meio de fermentação, o processo de cultura de células para converter o açúcar em produtos, tais como o álcool, gases ou ácidos. Este trabalho foi publicado na revista Nature Communications em janeiro de 2014 (1). A equipe do professor Alper foi capaz de reprogramar células de levedura para permitir que até 90% da massa de suas células tornassem lipídeos, que podem então ser utilizadas para produzir o biodiesel.

 Para colocar isso em perspectiva, este valor lipídico está se aproximando da concentração vista em muitos processos bioquímicos industriais. Você pode usar os lipídios formados e, teoricamente, usá-lo como combustível para um carro.

Uma vez que os materiais graxos (lipídeos ou gorduras) são blocos de construção para diversos produtos de uso doméstico, este processo pode ser utilizado para produzir uma variedade de artigos feitos com éter de petróleo ou óleos _ desde nylon, passando por suplementos nutricionais até a produção de combustíveis. Os biocombustíveis e produtos químicos produzidos a partir de organismos vivos representam uma parcela promissora do mercado de energia renovável. No geral, o mercado de biocombustíveis globais deverá duplicar durante os próximos anos, passando de 82,7 bilhões de dólares em 2011, para 185.300 bilhões de dólares em 2021.

O trabalho foi iniciado tomando-se uma cepa da levedura Yarrowia lipolytica e sendo capaz de convertê-la em uma fábrica de óleo diretamente do açúcar. Este trabalho abre uma nova plataforma para a energia renovável e fonte de química.

O biocombustível que os pesquisadores formularam é semelhante em composição ao biodiesel feito de óleo de soja. As vantagens de se usar as células de levedura para a produção do biodiesel de nível comercial são de que as células de levedura podem ser cultivadas em qualquer lugar, não competem com os recursos naturais como a terra, que pode ser utilizada para cultivo de alimentos, e são mais fáceis de ser geneticamente alteradas do que outras fontes de biocombustíveis.

Ao alterar geneticamente a levedura Yarrowia lipolytica, Dr. Alper e seu grupo de pesquisa criaram um biocatalisador quase comercial que produz altos níveis de bio-óleos durante a fermentação de carboidratos. Esta é uma demonstração notável do poder da engenharia metabólica.

Até agora, a produção de biocombustíveis de alto nível e óleos renováveis ​​tem sido uma meta distante, mas os pesquisadores acreditam que a produção em escala industrial seja possível com sua plataforma.

Em um esforço de engenharia em grande escala que abrange mais de quatro anos, os pesquisadores modificaram geneticamente a levedura Yarrowia lipolytica tanto pela remoção quanto pela superexpressão de genes específicos que influenciam a produção de lipídios. Além disso, a equipe identificou condições ótimas de cultura que diferem das condições normais. Os métodos tradicionais dependem de privação de nitrogênio para enganar as células da levedura para que possam armazenar gordura e materiais. A pesquisa do Dr Alper fornece um mecanismo para o cultivo de lipídios sem a privação de nitrogênio. A pesquisa resultou em uma tecnologia para a qual a Universidade do Texas tem um pedido de patente.

Outra vantagem é que as leveduras do Dr. Alper não requerem ficar um período sem alimento, o que faz com que seja extremamente atraente do ponto de vista de produção da indústria, já que a produção não para.

A equipe aumentou os níveis de lipídios em quase 60 vezes mais do que o ponto de partida.

Em níveis de lipídios de 90%, a plataforma produz os mais altos níveis de conteúdo lipídico criados até agora usando uma célula de levedura geneticamente modificada. Para comparar, outras plataformas à base de levedura produzem conteúdo lipídico na faixa de 50 a 80 por cento. No entanto, essas plataformas alternativas nem sempre produzem lipídios diretamente do açúcar como a tecnologia da Universidade do Texas faz.

Alper e sua equipe continuam a buscar maneiras de melhorar ainda mais os níveis de produção de lipídios e desenvolver novos produtos que utilizam esta engenharia de leveduras.

Nosso laboratório continua com pesquisas relacionadas a produção de biodiesel a partir de fungos e seu crescimento sobre nanosuportes, que poderiam ampliar a produção de biocombustível sobre uma área igual ou menor do que a normalmente utilizada, inclusive para as leveduras do Dr. Alper.

Referência

1.            Blazeck J, Hill A, Liu L, Knight R, Miller J, Pan A, et al. Harnessing Yarrowia lipolytica lipogenesis to create a platform for lipid and biofuel production. Nat Commun. 2014;5:3131. PubMed PMID: 24445655. Epub 2014/01/22. eng.

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