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Type: DISSERTAÇÃO
Degree Level: Mestrado
Title: Engenharia metabólica de leveduras industriais (Saccharomyces cerevisiae) para produção de glicerol
Title Alternative: Metabolic engineering of industrial yeasts Saccharomyces cerevisiae) for glycerol production
Author: Zeidler, Ane Fernanda Beraldi
Advisor: Pereira, Gonçalo Amarante Guimarães, 1964-
Abstract: Resumo: A demanda por processos alternativos para produção de compostos químicos tem aumentado nas ultimas décadas em decorrência da necessidade da utilização de fontes renováveis e do desenvolvimento de processos menos agressivos ao meio ambiente. Nesse contexto os processos de fermentação microbiana são cada vez mais considerados passiveis de serem empregados industrialmente. A produção de monômeros petroquímicos por via biológica tem sido tema de diversos estudos e, dentre os compostos produzidos por fermentação, ácidos e alcoóis de três e quatro carbonos estão entre as moléculas mais promissoras. O glicerol, alem de ser utilizado na fabricação de diversos produtos, tem tido sua utilização estudada como substrato para biotransformação em compostos mais reduzidos e de maior valor agregado, como precursores de polímeros. A produção de glicerol por via fermentativa em leveduras já foi estudada, entretanto, sempre são utilizados organismos de laboratório, mais suscetíveis a estresses. A utilização de leveduras selvagens, mais robustas, isoladas de processos industriais de fabricação de etanol, pode resultar em maiores rendimentos de glicerol e maior adaptabilidade ao processo industrial. Com o intuito de aumentar a produção de glicerol foram deletados os genes: ADH1 e TPI1 na linhagem industrial de S. cerevisiae PE-2 (JAY270). Essas deleções foram realizadas por recombinação homologa em linhagens haplóides de diferentes mating-type. Essas linhagens foram cruzadas gerando mutantes diplóides para cada um dos genes e para o duplo mutante. Alem disso, a complementação do gene ADH1, estudada através da construção e inserção de um plasmídeo, foi bem sucedida: apos a complementação, os mutantes ?adh1 alcançaram um rendimento em etanol significativamente igual ao da linhagem selvagem. As deleções dos genes ADH1 e TPI1 geraram os resultados esperados, aumentando a produção de glicerol e diminuindo a de etanol, modificando assim o perfil de produção de metabolitos das linhagens. As linhagens selvagens apresentaram rendimentos em glicerol ao redor de 0,01 g glicerol/g glucose, rendimento esperado para linhagens de levedura produtoras de etanol. As linhagens ?adh1 apresentaram um aumento de aproximadamente 10 vezes no rendimento em glicerol, chegando a 0,24 gramas de glicerol por grama de glucose. A linhagem que apresentou maior rendimento foi a AZY773, linhagem industrial com os genes ADH1 e TPI1 deletados, atingindo um rendimento de 0,38 gramas de glicerol por grama de glucose. A linhagem de laboratório com a mesma modificação teve um rendimento de 0,31 gramas de glicerol por grama de glucose, significativamente menor que o rendimento da linhagem industrial. Demonstrou-se neste trabalho, portanto, que a produção de glicerol metabólico com altos rendimentos para bioconversão em compostos mais reduzidos pode ser conseguida através de modificações metabólicas e do uso de organismos robustos.

Abstract: In the past few decades the demand for alternative processes for the production of chemical compounds has increased due to the need for utilization of renewable resources and development of less harming processes to the environment. In this context, large scale microbial fermentative processes are being considered as a viable alternative. The production of petrochemical monomers through biological pathways has been a major research theme and, among the compounds produced by fermentation, three and four carbon acids and alcohols are among the most promising molecules. Glycerol, besides being used for the manufacture of several products, has had its utilization studied as substrate for biotransformation into more reduced and higher added value compounds, e. q. polymers precursors. Glycerol production by yeast fermentation has already been studied, but, only in laboratory strains, which are more stress sensitive. The utilization of wild yeasts, more robust, isolated from the fuel ethanol production process, may result in higher glycerol yields and better adaptability to industrial processes. Aiming to increase glycerol production the ADH1 and TPI1 genes from PE-2 (industrial strain of S. cerevisiae) were deleted through homologue recombination in haploid strains of different mating-types. These strains were mated generating diploid mutants for ?adh1, ?tpi and ?adh1?tpi1 deletions. Complementation of ADH1 gene, carried out through the construction of a plasmid, was successful in allowing the ?adh1 strains to reach ethanol yields as high as the one reached by wild strains. ADH1 and TPI1 deletion increased glycerol and decreased ethanol production, modifying the strains'metabolite production profile, as expected. The wild strains presented glycerol yields of 0,01 g of glycerol per g of glucose, which is a regular yield for ethanol producing yeasts. ?adh1 strains presented a tenfold increase in glycerol yield, reaching 0,24 g of glycerol per g of glucose. AZY773 strain, industrial strain with both ADH1 and TPI1 genes deleted, presented the highest glycerol yield, reaching 0,38 g of glycerol per g of glucose. The laboratory strain with the same genetic modification yielded 0.3 g of glycerol per g of glucose, significantly lower than the industrial strain. This work demonstrated that metabolic glycerol production with high yields for bioconversion in more reduced compounds may be reached through metabolic modification and utilization of robust organisms.
Subject: Glicerina
Leveduras
Saccharomyces cerevisiae
Metabolismo
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2010
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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