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CTBE integra comitê organizador de um dos principais eventos mundiais de biotecnologia

Diretor científico do CTBE/CNPEM, Mario Murakami é único cientista da América Latina a integrar organização do SBFC

Erik Nardini Medina

O congresso Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals (SBFC), um dos principais fóruns de discussão sobre combustíveis avançados, aconteceu nos Estados Unidos entre os dias 29 de abril e 2 de maio de 2018, em Clearwater Beach (Flórida). O evento reuniu cerca de 300 participantes entre pesquisadores, doutorandos e tomadores de decisão da indústria de combustíveis de diversos países.

O Laboratório Nacional de Ciência Tecnologia do Bioetanol (CTBE), que integra o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), teve participação relevante nesta edição: o diretor científico e pesquisador Mario Murakami foi convidado a unir-se ao comitê organizador do SBFC.

“O CTBE/CNPEM é o único centro de pesquisa da América Latina a ter um representante na comissão organizadora”, conta Murakami, que começou a participar do SBFC em 2013, sempre com apresentações orais de trabalhos. O diretor científico do CTBE permanece como membro do comitê organizador pelos próximos três anos.

O fórum abordou o futuro dos combustíveis avançados do tipo low carbon (combustíveis com baixa emissão de gases de efeito estufa), como o Etanol 2G. Foram levantadas questões gerais, desafios e gargalos tecnológicos existentes, compreendendo desde a escala laboratorial, passando pela engenharia e chegando à microbiologia e aos processos fermentativos.

Além de Murakami, que também apresentou trabalho no congresso outros colaboradores do CTBE/CNPEM foram a Clearwater Beach com contribuições fundamentais para a indústria de combustíveis avançados: Bruno Klein (palestra sobre bioeconomia); Letícia Murakami (apresentação de pôster) e a então pesquisadora do CTBE, Sarita Rabelo (apresentação de pôster).

“Fomos procurados para discutir parcerias importantes durante o congresso”, explica Murakami. “Representantes da Universidade da Califórnia (campus Davis), da Universidade de Houston (Texas), do NREL (Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA), da Universidade de Toronto (Canadá) e o pesquisador Dr. Peter Biely (Academia de Ciências da Eslováquia), um dos grandes nomes da pesquisa com biomassa, se interessaram pelos nossos trabalhos e no estabelecimento de novas cooperações científicas”, conta. “Isso é sinal de que estamos no caminho certo e dedicados à solução de problemas científicos de alta complexidade”, conclui o diretor científico do CTBE.

Evento V Encontro de Química Verde

V Encontro da Escola Brasileira de Química Verde

Evento vai apresentar as visões da iniciativa privada, governo e academia sobre a temática química verde, além de sessões técnico-científicas e apresentação de pôsteres.
Evento V Encontro de Química Verde

Data: 19 e 20 de outubro de 2015.
Local: Auditório do CTBE/CNPEM – Campinas, São Paulo.
Website: http://pages.cnpem.br/quimicaverde.

A Escola Brasileira de Química Verde e o CTBE promovem o V Encontro da Escola Brasileira de Química Verde. O evento tem como objetivo discutir temas relacionados ao processamento químico e biotecnológico da biomassa lignocelulósica e suas correntes de processo.

O Encontro contemplará sessões plenárias e mesas redondas para apresentar e debater as visões da iniciativa privada, governo e academia sobre a temática química verde, além de sessões técnico-científicas e apresentação de pôsteres sobre pesquisas ligadas ao tema.

Tópicos que serão discutidos no evento:

  • Iniciativas de apoio e estratégias de governo para o desenvolvimento da química verde no Brasil;
  • Processamento químico da biomassa lignocelulósica;
  • Uso de matérias-primas renováveis na estratégia de desenvolvimento das empresas;
  • Tecnologias baseadas em bioprocessos.

Alunos de pós-graduação que submeterem trabalhos para serem apresentados na sessão de pôsteres podem concorrer ao Prêmio Professor Arikerne Sucupira, que concederá R$ 5.000,00 em premiação ao melhor trabalho.

As inscrições estão abertas até o dia 2 de outubro de 2015. Cadastro, submissão de pôsteres e mais informações em: http://pages.cnpem.br/quimicaverde.

Coquetel enzimático do CTBE para a produção de etanol 2G

Enzimas isoladas de microrganismos do bioma brasileiro deram origem a coquetel para etanol 2G com atividade semelhante a dos comerciais e custo competitivo.

enzimas-etanol-2g

As primeiras usinas de etanol 2G (segunda geração) devem entrar em operação no Brasil ainda em 2014. Com isso, passa-se a utilizar o bagaço e a palha da cana-de-açúcar para produzir biocombustível, ampliando a oferta do produto sem expandir a área de cana cultivada. Por outro lado, grande parte da tecnologia empregada nos parques industriais em construção foi desenvolvida no exterior, diferentemente do que aconteceu na primeira geração, no qual o Brasil é referência mundial em tecnologia. Em casos como o dos coquetéis enzimáticos que desconstroem a biomassa em açúcares fermentescíveis a etanol, gargalo econômico significativo do processo, poucas empresas são capazes de atender às necessidades das usinas brasileiras, nenhuma delas é nacional.

Pesquisadores do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol, localizado em Campinas, trabalham desde 2009 em uma alternativa a esse panorama. Eles isolaram microrganismos do bioma brasileiro com potencial para produzir enzimas que degradem a biomassa de cana em açúcares fermentescíveis e desenvolveram um coquetel enzimático com atividade similar aos comerciais atualmente existentes.

O projeto se dá em parceria com a Embrapa e a Universidade de Caxias do Sul (UCS). As enzimas produzidas a partir de fungos da espécie Trichoderma harzianum P49P11 e Penicillium echinulatum foram desenvolvidos em laboratório e, em breve, serão testados em escala semi-industrial, na Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP) do CTBE.

Custos e processo de produção do coquetel enzimático do CTBE

fungos fabricação coquetel enzimático CTBE

Espécies de fungos utilizadas na fabricação das enzimas do coquetel do CTBE.

O líder do projeto, José Geraldo Pradella, explica que as enzimas do coquetel criado por sua equipe possuem um custo de produção atual de US$ 0,10 por litro de etanol. “Esse valor é mostrado pela literatura científica como um dos montantes iniciais para uma tecnologia industrial de produção de etanol 2G economicamente viável. O nosso objetivo é chegar em US$ 0,05”, afirma Pradella.

O coquetel atualmente em teste foi obtido a partir da seleção e isolamento de cerca de 5 mil linhagens e clones de microrganismos. Esse trabalho foi seguido pelo melhoramento genético clássico ou via engenharia genética e pela suplementação do coquetel com proteínas auxiliares.

Produção de enzimas “on site” para etanol 2G

Outro diferencial do projeto é a proposta de produção “on site” dessas enzimas. Pesquisadores do CTBE trabalham em um sistema que permite produzir o coquetel enzimático na própria indústria de etanol 2G. “Com isso, é possível utilizar matéria-prima e insumos disponíveis na planta industrial, como açúcar, vapor e eletricidade, economizando esses e outros custos ligados ao transporte e à estabilização, a longo prazo, das enzimas”, explica Priscila Delabona, pesquisadora do CTBE.

Atualmente, o CTBE busca parceiros para ampliar a escala de produção do seu coquetel enzimático e continuar o aprimoramento do produto. O Laboratório é atualmente uma das poucas instituições brasileiras a possuir uma plataforma de produção de glicohidrolases com atuação específica na biomassa de cana, capaz de identificar e isolar microrganismos produtores de enzimas, avaliar a atividade dessas e produzi-las em escala superior à laboratorial.

microfotografia levedura Pseudozyma brasiliensis CTBE

Nova espécie de levedura pode acelerar a produção de etanol 2G

microfotografia levedura Pseudozyma brasiliensis CTBE

Transformar biomassa em combustível dá trabalho. No caso da cana-de-açúcar, principal matéria-prima estudada para esse fim no Brasil, são necessários processos que quebrem a biomassa ligonocelulósica em açúcares simples, fermentáveis. Tais operações são executadas por sofisticados complexos enzimáticos, obtidos a partir de diversos tipos de microorganismos. Quando tudo dá certo, ainda é preciso lidar com cerca de 20 a 35% dos polímeros formados que tendem a ser rejeitados pelas leveduras industriais, diminuindo drasticamente a rentabilidade do etanol produzido.

A solução para tais dilemas biotecnológicos pode residir na rica biodiversidade brasileira. Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) encontraram no trato intestinal de larvas do besouro crisomelídeo, uma nova espécie de levedura do gênero Pseudozyma capaz de metabolizar açúcares de cinco carbonos e de secretar uma enzima de interesse, xilanase, em grande quantidade.

A classe da enzima produzida pela Pseudozyma brasiliensis sp.nov, nome proposto para a nova espécie, possui alto potencial biotecnológico. Ela poder ser utilizada na degradação da fibra do bagaço da cana para a conversão de etanol de segunda geração, bem como na indústria de papel, alimentícia e de ração animal. Também serve à produção de xilitol e xilooligossacarídeos.

Juliana Velasco de Oliveira, pesquisadora do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE) – pertencente ao CNPEM –, explica que a atividade xilanolítica da P. brasiliensis foi cerca de 20 vezes superior a do Aspergillus niger, fungo notoriamente reconhecido pela expressão desse tipo de enzima. “A xilanase desta levedura, denominada PbXynA, possui uma atividade específica maior que a de qualquer outra similar já descrita”, informa Oliveira. Esse fato pode representar um avanço considerável em um dos principais entraves tecnológicos da produção de etanol de segunda geração que é a construção de coquetéis enzimáticos eficazes na degradação da biomassa.

genoma P. brasiliensis

Sequenciamento do genoma da levedura P. brasiliensis, identificada no CTBE.

O estudo que levou à identificação da nova espécie de levedura foi iniciado há dois anos. Sete tipos diferentes de insetos que atuam como pragas da cana-de-açúcar (crisomelídeo, pão-de-galinha, migdolus, entre outros) foram coletados em canaviais de Ribeirão Preto. “Isolamos o conteúdo intestinal destes organismos e o cultivamos em fontes de carbono específicos, como xilano, xilose, CMC, etc., para selecionar os microrganismos ali presentes que apresentassem as características de interesse. Nesse momento a Pseudozyma se destacou”, conta Oliveira.

Os pesquisadores decidiram sequenciar o genoma da levedura devido ao seu potencial biotecnológico e ao ambiente singular em que foi isolada. Essa etapa contou com o trabalho de biologia computacional do pesquisador do CTBE, Diego Mauricio Riaño-Pachón. Coube a ele montar o genoma de 20 milhões de pares de bases da espécie sequenciada em um laboratório dos EUA, a partir de pacotes com 100 pares. Ele também identificou e reuniu as sequências contínuas de genes dentro da longa cadeia codificada e compreendeu que tipo de informação estava presente no genoma. Desta forma foi possível comparar o material obtido com o conteúdo de bancos de dados internacionais, em busca de características típicas de espécies desse gênero. “Ao comparar os genes, encontramos diferenças suficientes para considerá-la uma nova espécie”, completa Riaño-Pachón.

O conhecimento do genoma da nova Pseudozyma é fundamental para a elaboração de modificações genéticas no microrganismo capazes de melhorar suas características biotecnológicas. Riaño-Pachón comenta que não adianta substituir genes em uma espécie, sem saber como esses operam e se interrelacionam com outros. Por isso, a equipe do CNPEM realiza agora outras análises, como RNA-seq, onde se coloca a Pseudozyma para crescer em fontes de carbono como xilose e xilano, com a intenção de identificar os genes mais importantes para a promoção da atividade enzimática, permitindo a expressão destes em leveduras industriais.

A sequência do genoma da P. brasiliensis já está disponível no GenBank, gerenciado pelo National Center for Biotechnology Information (NCBI). Na sequência, a descrição do genoma foi publicada no periódico Genome Announcements, bem como o anúncio de uma nova espécie em uma revista de taxonomia.

Participaram dos estudos os pesquisadores do CTBE/CNPEM Gustavo Goldman, Juliana Velasco de C. Oliveira e Diego Mauricio Riaño-Pachón. A pesquisa contou com o apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e da empresa Vale.

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Biologia computacional

Diego Pachon servidor biologia computacionalA montagem do genoma, a anotação estrutural e funcional e as análises filogenéticas da nova Pseudozyma levaram apenas cerca de seis meses para serem concluídas, graças à infraestrutura de computação de alta performance disponível no CNPEM. Riaño-Pachón explica que a carência desse tipo de instalação, juntamente com a falta de mão de obra qualificada é o maior entrave atual para a ampliação dos trabalhos de bioinformática e outras áreas ligadas à biologia computacional no Brasil.

“Até pouco tempo atrás, um dos gargalos importantes da biotecnologia se encontrava na produção dos dados científicos. Atualmente, tal produção é rápida e barata. O problema agora é como você lida com grandes volumes de dados em um curto período de tempo”, destaca Riaño-Pachón.