Engenharia metabólica de zymomonas mobilis para a produção de ácidos orgânicos a partir de xilose

Abstract

Os ácidos orgânicos apresentam potencial de substituir produtos petroquímicos e oferecem grupamentos funcionais para a sua conversão em materiais de alto valor agregado. Exemplos incluem os ácidos itacônico e xilônico, que foram escolhidos dentre 30 blocos de construção selecionados por um relatório do NREL (National Resource Energy Laboratory), ambos apresentando importantes aplicações na indústria química. Organismos procarióticos já foram modificados para a produção destes dois ácidos orgânicos, demonstrando, assim, o potencial da sua produção por rota biotecnológica. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de linhagens de Zymomonas mobilis capazes de produzir ácido itacônico e xilônico a partir de xilose, cuja utilização é relevante para a valorização da biomassa lignocelulósica. Para a utilização da xilose como fonte de carbono para a produção de ácido itacônico, a integração dos genes de metabolização da xilose xylA, xylB, tktA e talB era necessária, contudo, isto não foi possível. Ainda, a expressão do gene CAD1, codificador da enzima chave na produção de ácido itacônico cis-aconitato descarboxilase, não levou à produção deste ácido por Z. mobilis. Em contrapartida, Z. mobilis foi capaz de produzir ácido xilônico. Primeiramente, foram avaliados sete genes codificadores da enzima XDH (xilose desidrogenase), tendo sido selecionado o gene correspondente de Paraburkholderia xenovorans, o qual levou a uma produtividade volumétrica de 1,85 ± 0,06 g L-1 h -1 , aproximadamente 93% maior do que aquela apresentada quando Z. mobilis expressou o gene de Caulobacter crescentus, o mais utilizado na literatura para a engenharia de linhagens produtoras de ácido xilônico. Após a deleção do gene da xilose redutase, Z. mobilis foi capaz de produzir 56,44 ± 1,93 g L-1 de ácido xilônico a partir de 54,27 ± 0,26 g L-1 de xilose em biorreator, com rendimento de 1,08 ± 0,02 gAX gX-1

, o que representa 97,3% do máximo teórico para este bioprocesso. Esta linhagem também foi avaliada na fermentação de hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar, o que resultou na produção de 11,13 g L-1 de ácido xilônico a partir de 10 g L-1 de xilose. Na tentativa de melhorar ainda mais este processo, foi expresso o gene xylE de Escherichia coli, codificador para um transportador de xilose. Contudo, as linhagens expressando este transportador tiveram seu crescimento prejudicado e uma menor produção de ácido xilônico. Os resultados aqui apresentados demostram que Z. mobilis pode ser considerada como uma potencial plataforma de produção de ácidos orgânicos utilizando a biomassa lignocelulósica como fonte de carbono, estando dentro do contexto de biorrefinarias.