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Título: Engenharia metabólica para a produção de Etileno Glicol por Komagataella Phaffii a partir de hidrolisados de biomassa
Autor(es): Torres, Nathalia Aline Monteiro
Orientador(es): Almeida, João Ricardo Moreira de
Assunto: Engenharia metabólica
Etileno glicol
Komagataella phaffii
Hidrolisado de biomassa
Data de publicação: 12-Mar-2025
Referência: TORRES, Nathalia Aline Monteiro. Engenharia metabólica para a produção de Etileno Glicol por Komagataella Phaffii a partir de hidrolisados de biomassa. 2024. 81 f. Dissertação (Mestrado em Biologia Microbiana) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.
Resumo: A mudança para uma economia circular é fundamental para abordar as crescentes ameaças ambientais e de saúde pública. Os carboidratos da biomassa vegetal representam uma fonte promissora de matéria-prima para bioprocessos, permitindo a produção sustentável de compostos químicos por meio de fontes renováveis. Com diversas aplicações industriais, o etileno glicol (EG), um composto orgânico de 2-carbonos, desempenha um papel fundamental como matéria-prima na fabricação de tereftalato de polietileno (PET), fluidos anticongelantes, solventes, polímeros e resinas. Em estudos anteriores, nosso grupo de pesquisa desenvolveu uma linhagem de levedura recombinante de K. phaffii capaz de produzir EG a partir de xilose por meio de uma nova rota biossintética baseada na via de Dahms. A via é composta pelas enzimas XDH (xilose desidrogenase), XD (xilonato desidratase), ALDO (dehidro-deoxi xilonato aldolase) e ALDR (aldeído redutase). Entretanto observou-se que essa linhagem também foi capaz de oxidar glicolaldeído à ácido glicólico (AG) por meio da atividade de aldeído desidrogenase (ALDH) endógena. Visando identificar ALDH(s) e ALDH(s) nativas da levedura, 6 genes putativos para ALDR e ALDH foram selecionados e usados para construção de módulos de deleção baseados na toxina mazF de Escherichia coli. Inicialmente, para gerar sequências flanqueadoras nos cassetes de deleção, fragmentos de 1.293 a 1.916 pb correspondentes aos genes alvos foram amplificados e clonados no vetor pGEM-T easy. Em seguida, cada plasmídeo foi digerido com enzimas de restrição específicas, e o cassete de deleção contendo 4.796 pb, foi inserido entre as sequências flanqueadoras do gene alvo. Foram construídos os plasmídeos pGem-ALD6_mazF, pGem-YDR541C_mazF, onde os últimos caracteres representam o gene alvo de K. phaffii. Posteriormente, os módulos foram liberados do vetor por digestão com notI, e usados para transformar a levedura. Após ciclos de transformação e confirmação, foi possível obter uma linhagem recombinante com a deleção do gene YDR541C. Análises em andamento estão sendo realizadas para confirmar o efeito da deleção na produção de EG e AG e no metabolismo da levedura. Paralelamente, uma série de fermentações em biorreator de bancada foi conduzida, explorando diferentes condições de pH e pO2 (pressão parcial de oxigênio) a fim de determinar as melhores condições para a produção de EG. Apesar de não ser possível determinar as condições ótimas de produção, obteve-se 47,5% de aumento de produção de EG em condição estabelecida nesse trabalho em comparação a anterior.
Abstract: The transition to a circular economy is paramount to address the escalating environmental and public health threats. Carbohydrates from plant biomass serve as a promising raw material for bioprocesses, enabling sustainable production of chemical compounds from renewable sources. With various industrial applications, ethylene glycol (EG), a two-carbon organic compound, plays a pivotal role as a raw material in the manufacture of polyethylene terephthalate (PET), antifreeze fluids, solvents, polymers, and resins. In previous studies, our research group developed a recombinant yeast strain of K. phaffii capable of producing EG from xylose via a novel biosynthetic pathway based on the Dahms pathway. The pathway comprises the enzymes XDH (xylose dehydrogenase), XD (xylonate dehydratase), ALDO (dehydro-deoxy xylonate aldolase), and ALDR (aldehyde reductase). However, it was observed that this strain was also capable of oxidizing glycolaldehyde to glycolic acid (GA) through the activity of endogenous aldehyde dehydrogenase (ALDH). Aiming to identify native ALDH(s) and ALDR(s) of the yeast, six putative genes for ALDR and ALDH were selected and used to construct deletion modules based on Escherichia coli mazF toxin. Initially, to generate flanking sequences in the deletion cassettes, fragments ranging from 1,293 to 1,916 bp corresponding to the target genes were amplified and cloned into the pGEM-T easy vector. Subsequently, each plasmid was digested with specific restriction enzymes, and the 4,796 bp deletion cassette was inserted between the flanking sequences of the target gene. The plasmids pGem-ALD6_mazF and pGem-YDR541C_mazF were constructed, where the last characters represent the target gene of K. phaffii. Subsequently, the modules were released from the vector by digestion with NotI, and used to transform the yeast. After cycles of transformation and confirmation, it was possible to obtain a recombinant strain with the deletion of the YDR541C gene. Ongoing analyses are being conducted to confirm the effect of the deletion on EG and GA production and yeast metabolism. Meanwhile, a series of fermentations in benchtop bioreactors were conducted, exploring different pH and pO2 (partial pressure of oxygen) conditions to determine the optimal conditions for EG production. Although it was not possible to determine the optimal production conditions, a 47.5% increase in EG production was achieved under conditions established in this study compared to previous ones.
Unidade Acadêmica: Instituto de Ciências Biológicas (IB)
Departamento de Biologia Celular (IB CEL)
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Biologia Microbiana
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.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Aparece nas coleções:Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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