Engenharia metabólica de Komagataella phaffii para produção de ácido glicólico a partir de biomassa lignocelulósica

Abstract

O ácido glicólico (AG) é um ácido orgânico produzido pela indústria petroquímica e largamente comercializado como cosmético para esfoliação da pele e rejuvenescimento. Além disso, é empregado na indústria têxtil para curtir e pigmentar tecidos, na indústria alimentícia como conservante e acidulante, e na fabricação de polímeros de relevância médica, como o poli(ácido glicólico) e o poli(ácido lático-co-ácido glicólico). Atualmente, a produção do AG se dá por via química a partir de derivados do petróleo, o que gera impactos negativos ao meio ambiente e ao ser humano. Dessa maneira, o uso de biomassa lignocelulósica como substrato para a produção de AG em processos biológicos se apresenta como alternativa sustentável à rota química. Nesse contexto, foi construída pelo grupo de pesquisa uma linhagem de K. phaffii com capacidade de conversão de xilose a etilenoglicol (EG) e a AG por meio da introdução da via heteróloga de Dahms. Na levedura recombinante, foi constatado que a última etapa da via sintética, a conversão de glicoaldeído a AG ou EG, era realizada respectivamente por aldeído redutases (ALDR) e aldeído desidrogenases (ALDH) nativas da levedura. Dessa forma, este trabalho tem por objetivo a otimização do processo de produção de AG por meio da caracterização dos genes envolvidos na última etapa da via, que poderão ser deletados ou superexpressos, de acordo com sua função, na levedura que expressa a via de Dahms, para obter maior produção de AG. Para isso, cinco genes putativos de ALDR’s e ALDH’s foram selecionados com base na similaridade de sequência a genes de referência para serem avaliados quanto à sua atividade sobre glicoaldeído. Foram construídos cassetes de deleção para três desses genes, porém não foi possível identificar linhagens com os genes deletados após vários ciclos de transformação. Além disso, para a otimização dos parâmetros do processo de produção de AG, a linhagem de K. phaffii que expressa a via de produção de AG foi cultivada em biorreator em diferentes condições de pH e DO (oxigênio dissolvido), de acordo com um delineamento central composto rotacional (DCCR). A partir do DCCR, foi possível determinar que existe influência do pH e do DO para a produção de AG pela K. phaffii engenheirada. Por fim, a levedura engenheirada foi cultivada em biorreator com hidrolisado de biomassa de canade-açúcar como meio de alimentação para validar a produção de AG a partir dessa fonte de carbono. Foi possível alcançar a produção de 8,51 ± 0,23 g/L de AG a partir de hidrolisado, valor superior aos descritos na literatura para leveduras. Os resultados demonstram estratégias genéticas e de processo para otimização do processo de produção de AG em K. phaffii.