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Título: Modificações genéticas em Clostridium acetobutylicum visando o aumento da produção de álcoois
Autor(es): Gomes, Myrna Barbosa
Orientador(es): Torres, Fernando Araripe Gonçalves
Assunto: Clostridium
Biocombustível
Álcool como combustível
Leveduras - melhoramento genético
Fermentação
Bioálcool - produção
Data de publicação: 13-Mar-2019
Referência: GOMES, Myrna Barbosa. Modificações genéticas em Clostridium acetobutylicum visando o aumento da produção de álcoois. 2018. vi, 103 f., il. Tese (Doutorado em Biologia Molecular)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Resumo: Fontes limitadas de combustíveis fósseis, instabilidade no preço do petróleo e a necessidade de reduzir as emissões de dióxido de carbono na atmosfera estimulam a necessidade de se explorar novas tecnologias na produção de combustíveis líquidos usando matéria-prima renovável. Entre os biocombustíveis produzidos atualmente o butanol (1-butanol, n-butanol), desperta particular interesse, devido a características energéticas que o tornam um combustível promissor para motores de combustão. A biossíntese desse álcool está presente no gênero Clostridium, cujo metabolismo fermentativo é capaz de produzir acetona, butanol e etanol. Entretanto, a engenharia metabólica desses micro-organismos para produção de bioálcool é particularmente difícil de ser realizada, uma vez que as vias fermentativas são bastante ramificadas e possuem sistema de restrição diferenciado. O objetivo desse trabalho foi desenvolver um bioprocesso envolvendo modificações genéticas em cepas de C. acetobutylicum para o aumento da produção de álcoois. Para suplantar o sistema de restrição, linhagens de E. coli contendo o plasmídeo com o gene da metiltranferase otimizado (φ3TIm) foram utilizadas para metilação no DNA. A otimização da produção de álcoois foi realizada através do nocaute dos genes associados à formação de ácidos acético e butírico (pta e buk), assim como a expressão da álcool desidrogenase secundária de C. beijerinckii na linhagem resultante. Os resultados mostram que o DNA metilado em E. coli é resistente a ação da enzima de restrição Cac284I do C. acetobutylicum. Os genes pta e buk foram deletados e a produção de ácidos foi consideravelmente diminuída. O aumento da produção de butanol e etanol foi vista na cepa A1(Δpta), porém a cepa AB1 (ΔptaΔbuk) manteve os níveis produção butanol e de etanol semelhantes aos da cepa selvagem. Não houve produção de isopropanol em nenhum dos mutantes após a transformação com vetor epissomal. Esta proposta é uma das primeiras inciativas do país voltadas para a manipulação genética de clostrídios para a produção de biocombustíveis, os ganhos em termos de conhecimento serão bastante amplos e poderá servir como base para inúmeros desenvolvimentos futuros.
Abstract: Limited sources of fossil fuels, instability in the price of oil and the need to reduce carbon dioxide emissions in the atmosphere stimulate the need to explore new technologies in the production of liquid fuels using renewable raw material. Among the currently produced biofuels, butanol (1-butanol, n-butanol) is particularly interesting because of the energetic characteristics that make it a promising fuel for combustion engines. The biosynthesis of this alcohol is present in the genus Clostridium, whose fermentative metabolism is capable of producing acetone, butanol and ethanol. However, the metabolic engineering of these microorganisms for bioalcohol production is particularly difficult to perform, since the fermentative pathways are quite branched and have a distinct restriction system. The aim of this work was to develop a bioprocess involving genetic modifications in C. acetobutylicum strains to increase the production of alcohols. To overcome the restriction system, E. coli strains containing the plasmid with the optimized methyltranferase gene (φ3TIm) were used for DNA methylation. The optimization of alcohol production was accomplished through the knockout of genes associated with the formation of acetic and butyric acids (pta and buk), as well as the expression of the secondary alcohol dehydrogenase (sadh) from C. beijerinckii in the resulting lineage. The results show that the methylated DNA in E. coli is resistant to the action of the Cac284I restriction enzyme of C. acetobutylicum. The pta and buk genes were deleted and acid production was considerably decreased. Increased production of butanol and ethanol was observed in strain A1 (Δpta), but strain AB1 (ΔptaΔbuk) maintained production of butanol and ethanol levels similar to wild type. There was no production of isopropanol in any of the mutants after episomal vector transformation. This work represents one of the first initiatives in Brazil aimed at the genetic manipulation of clostridia to produce biofuels and will pave the way for numerous future developments.
Informações de Acesso e Conteúdo: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018.
Licença: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
Aparece nas coleções:CEL - Doutorado em Biologia Molecular (Teses)

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