Cientistas usam levedura modificada para produzir o adoçante xilitol a partir da palha da cana

Pesquisadores da Unicamp editaram o genoma da espécie Saccharomyces cerevisiae, comumente usada na produção de etanol, para torná-la capaz de converter xilose em xilitol. Estratégia pode agregar valor à indústria de etanol e suprir demanda por adoçante mais saudável

Julia Moióli | Agência FAPESP – A palha da cana-de-açúcar, biomassa de baixo custo utilizada na produção de etanol de segunda geração, pode originar um açúcar de ainda maior valor agregado e interesse econômico: o xilitol. Por meio da ação de uma versão modificada do microrganismo Saccharomyces cerevisiae, a xilose presente no material pode ser metabolizada, resultando no saudável e cada vez mais popular adoçante. É o que mostram estudos realizados na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), cujos resultados foram publicados no Journal of Genetic Engineering and Biotechnology.

“Atualmente esse potencial é negligenciado pela indústria do etanol, que deixa de agregar valor e de suprir a demanda crescente do mercado e da indústria alimentícia pelo adoçante xilitol”, afirma Fellipe da Silveira Bezerra de Mello, um dos autores do artigo e pesquisador do Departamento de Genética, Evolução, Microbiologia e Imunologia do Instituto de Biologia (IB-Unicamp).

“O sabor adocicado do xilitol é percebido por nosso cérebro como se fosse açúcar, mas o químico carrega o benefício de não ser metabolizado pelo intestino e não ser fermentado pelos microrganismos que causam cáries, o que lhe dá um potencial gigantesco no mercado mundial”, completa Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, professor do IB-Unicamp que também participou da pesquisa.

Edição genética

O trabalho é uma combinação de dois esforços de pesquisa. O primeiro envolveu a criação de um sistema para modificação genética de linhagens industriais brasileiras de Saccharomyces cerevisiae. Essa levedura não metaboliza naturalmente a xilose, um tipo de açúcar disponível na biomassa da cana-de-açúcar (e também em troncos e folhas de outros vegetais), como faz ao transformar glicose em etanol. Por isso a necessidade de criar uma cepa mutante.

O microrganismo recebeu o gene que converte xilose em xilitol por meio de uma técnica de edição gênica conhecida como CRISPR-Cas9 (sigla para Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas, que funciona com uma proteína associada, a Cas), que permite a edição precisa de uma região específica do DNA. Trata-se do primeiro estudo do tipo utilizando as principais linhagens da levedura usada pela indústria brasileira de bioetanol e que, a partir de agora, poderá servir de base para o trabalho de outros pesquisadores.

Após a edição genética da S. cerevisiae, teve início a segunda frente do trabalho: os testes para confirmar que seria possível aproveitar a mesma fonte de material utilizada na produção de etanol de segunda geração – a palha da cana-de-açúcar hidrolisada, ou seja, degradada para a liberação da xilose – para obter o xilitol. Além disso, nessa etapa, foi comparada a produção feita por duas leveduras editadas da mesma maneira: uma industrial e outra laboratorial. Ambas as cepas obtiveram sucesso, mas a industrial superou consistentemente a de laboratório.

“Os resultados mostraram que a levedura industrial brasileira consegue produzir mais xilitol no meio ótimo, que contém apenas a xilose, sem todos os estresses [impurezas] do hidrolisado de cana-de-açúcar. A linhagem industrial também obteve maior sucesso na produção de xilitol usando o hidrolisado da palha [com as impurezas], indicando que essa cepa também possui resistência aos estresses presentes nesse meio”, conta Mello.

“De forma conclusiva, o que percebemos foi que a levedura industrial brasileira, além de ser muito boa para a fermentação do etanol, também é excelente para produzir outras moléculas, no caso o xilitol, que tem maior valor agregado.”

Futuro

Finalizada a prova de conceito, os pesquisadores trabalham agora para aumentar a produtividade por meio de benfeitorias no processo de fermentação do hidrolisado de cana. Uma das estratégias é suplementar o meio de cultura para promover maior crescimento da levedura. Outra é aplicar uma corrente elétrica ao meio, o que deve contribuir para a regeneração de cofatores (moléculas que auxiliam nas reações químicas necessárias para a transformação da xilose) – quanto mais cofatores, maior é a produção de xilitol.

“Estamos realizando uma varredura de possíveis estratégias para obter um produto comercial com competitividade industrial. Desse modo, a área de engenharia poderia trabalhar com a purificação do produto para utilização pelo consumidor.”

Também participaram dos estudos Carla Maneira, Frank Uriel Lizarazo Suarez, Sheila Nagamatsu, Beatriz Vargas, Carla Vieira, Thais Secches, Alessando L. V. Coradini, Maria Augusta de Carvalho Silvello, Rosana Goldbeck e Gleidson Silva Teixeira. O grupo teve apoio da FAPESP por meio de três projetos (15/06677-8, 18/03403-2 e 16/02506-7).

O artigo Rational engineering of industrial S. cerevisiae: towards xylitol production from sugarcane straw pode ser lido em: https://jgeb.springeropen.com/articles/10.1186/s43141-022-00359-8.