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Type: TESE DIGITAL
Title: Lipid production from hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse and metabolic engineering of yeast Lipomyces starkeyi = Produção de lipídios a partir do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de cana e engenharia metabólica da levedura Lipomyces starkeyi
Title Alternative: Produção de lipídios a partir do hidrolisado hemicelulósico do bagaço de cana e engenharia metabólica da levedura Lipomyces starkeyi
Author: Xavier, Michelle da Cunha Abreu, 1985-
Advisor: Franco, Telma Teixeira, 1957-
Abstract: Resumo: Preocupações com a escassez das reservas de petróleo e as mudanças climáticas têm impulsionado as investigações em busca de biocombustíveis renováveis e sustentáveis, como o biodiesel, como fontes alternativas aos combustíveis fósseis. O alto custo da produção de biodiesel e a competição com alimentos têm apresentado restrições à sua produção econômica e a utilização de substratos de baixo custo e renováveis, como o bagaço de cana, torna-se necessária. Os óleos microbianos têm sido uma alternativa promissora para a produção rentável de biocombustível. A conversão microbiana da fração hemicelulósica é essencial para o aumento da produção de biocombustíveis, e o uso de microrganismos capazes de superar as dificuldades em relação aos inibidores gerados durante a hidrólise da fração hemicelulósica, são desejáveis para essa proposta. Lipomyces starkeyi oferece grande potencial para ser usado na produção de biocombustíveis e produtos químicos devido à sua habilidade em utilizar uma variedade de fontes de carbono e produzir lipídios. Contudo, a plataforma microbiana para a produção de biocombustíveis apresenta muitos desafios em relação à produção baseado em cultura, e a engenharia metabólica estabelece-se como uma tecnologia capacitante para o desenvolvimento de biocombustíveis. No entanto, ainda há poucas ferramentas genéticas para transformar a L. starkeyi. Neste contexto, este trabalho estudou a produção de lipídios a partir do hidrolisado hemicelulósico (HH) do bagaço de cana e a engenharia metabólica da L. starkeyi DSM 70296 visando aumentar a produção de lipídios. Perfis cinéticos similares foram observados para as fermentações de xilose e HH. O aumento da concentração de inóculo aumentou consideravelmente o acúmulo de lipídio de 29,1% para 36,8% para o cultivo de xilose e de 27,8% para 44,8% para o cultivo em HH. L. starkeyi apresentou tolerância ao furfural, ácido acético e hidroximetilfurfural (HMF) presentes no HH e, além disso, estes inibidores foram reduzidos durante a fermentação, provavelmente devido ao metabolismo da levedura. O cultivo de ácido acético mostrou que a levedura foi capaz de utilizar este inibidor para crescimento celular (0,9 g/L) e biossíntese de lipídios (28,8%). Transformação mediada por Agrobacterium tumefaciens (ATMT) foi o método mais eficiente e confiável para a transformação da L. starkeyi e a superexpressão dos genes ACC1 (Acetyl-CoA carboxylase) e DGA1(Diacylglycerol Acyltransferase), envolvidos na biossíntese de lipídios, proporcionaram maior acúmulo de lipídios, com DGA1 apresentando efeito dominante. Estes resultados mostraram que L. starkeyi apresentou características robustas e favoráveis como um microrganismo promissor capaz de converter os açúcares hemicelulósicos em lipídios e a possibilidade de alteração da expressão de genes-alvo e vias metabólicas por engenharia genética ajudaria a melhorar a produtividade lipídica, possibilitando tornar este microrganismo como plataforma para produção de bioprodutos derivados de lipídios

Abstract: Concerns about the shortage of oil reserves and climate changes have stimulate the investigation of renewable and sustainable biofuels, such as biodiesel, as alternative source to fossil fuels. Sugarcane bagasse (SCB) represents a potentially less expensive and renewable source of fermentable sugars which can be converted into biofuels and chemicals. The high cost of biodiesel production and competition with foods have shown restrictions on economic production and the microbial oil, named Single Cell Oil (SCO), has been promising alternative to for the cost-effective production of biofuels. The microbial conversion of hemicellulose fraction is essential for increased production of biofuels, and the use of microorganisms able of overcoming the difficulties related to inhibitors generated during hydrolysis of hemicellulosic fraction, are desirable for these purposes. Lipomyces starkeyi, oleaginous yeast, offers great potential to be used in biofuel and chemical production because it is able to utilize a variety of carbon sources and produce lipids. However, microbial platforms for biofuel production are challenging to culture-based production and metabolic engineering is established as enabling technology for the development of biofuels. Nevertheless, there are few genetic tools to transform L. starkeyi. Therefore, this work studied the lipid production from hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse and metabolic engineering of L. starkeyi DSM70296 to increase the lipid production. Similar kinetic profiles were observed for the xylose and HH fermentation; however, higher biomass production was obtained when L. starkeyi was cultivated in HH. Increasing the concentration of inoculum greatly increased the lipid accumulation from 29.1% to 36.8% for xylose cultivation and from 27.8% to 44.8% for HH cultivation. L. starkeyi had tolerance to furfural, acetic acid and hydroxymethylfurfural present in HH and, furthermore, these inhibitors were depleted during fermentation due the metabolism of yeast. Acetic acid cultivation showed that the yeast was able to use this inhibitor for growth (0.9 g/L) and lipid biosynthesis (28.4%). Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation (ATMT) was the most efficient and reliable method for L. starkeyi transformation and overexpressing ACC1 (Acetyl-CoA carboxylase) and DGA1 (Diacylglycerol Acyltransferase) genes, involved in lipid biosynthesis, provided an increasing of fatty acid content, with DGA1 having the dominant effect. These results demonstrated that L. starkeyi showed robust and favorable characteristics as a promising microorganism capable of converting hemicellulosic sugar into lipids, and the possibility of change targeted gene expressions and metabolic pathways by genetic engineering would improve the lipid productivity, enabling to make this microorganism as platform for the lipid-based products
Subject: Bagaço de cana
Lipídeos
Biocombustível
Leveduras
Engenharia genética
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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