Análise multiômica da levedura Rhodosporidium fluviale LM-2 visando a valorização biocatalítica da lignina [recurso eletrônico] = A multiomic-based analysis of Rhodosporidium fluviale LM-2 yeast for lignin biocatalytic valorization
Nathália Vilela
TESE
Inglês
T/UNICAMP V711a
[A multiomic-based analysis of Rhodosporidium fluviale LM-2 yeast for lignin biocatalytic valorization]
Campinas, SP : [s.n.], 2022.
1 recurso online (122 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientadores: Fabio Marcio Squina, André Ricardo de Lima Damásio
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Resumo: Atualmente, a busca por fontes renováveis de energia e matéria prima é constante devido tanto aos recorrentes problemas ambientais, quanto aos econômicos e sociais resultantes do uso contínuo de combustíveis fósseis. A utilização da biomassa lignocelulósica, por sua vez, apresenta-se como...
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Resumo: Atualmente, a busca por fontes renováveis de energia e matéria prima é constante devido tanto aos recorrentes problemas ambientais, quanto aos econômicos e sociais resultantes do uso contínuo de combustíveis fósseis. A utilização da biomassa lignocelulósica, por sua vez, apresenta-se como uma oportunidade sustentável, visando à produção de biocombustíveis pela fermentação da celulose e hemicelulose e a possível valorização da lignina para produção de compostos de alto valor agregado. O uso da lignina, contudo, ainda é bastante limitado, sendo esta geralmente incinerada para a produção de energia. Esta fração da biomassa corresponde a um polímero de estrutura complexa, sendo composto por diversas moléculas aromáticas, como, por exemplo, o ácido ferúlico. Alguns microrganismos produzem as chamadas enzimas ligninolíticas, as quais são responsáveis tanto pela degradação polimérica da lignina, quanto por sua assimilação e conversão. Nesse sentido, a descoberta de novas linhagens de microrganismos ligninolíticos juntamente com a compreensão dos seus respectivos sistemas enzimáticos são essenciais para impulsionar os processos de valorização da lignina. Desta forma, o presente trabalho caracterizou uma levedura isolada a partir de um consórcio microbiano cultivado com fragmentos de lignina. Esta levedura, nomeada Rhodosporidium fluviale LM-2 apresenta um genoma de 50,7 Mb com 17.942 genes. Dentre os genes codificadores de proteínas, destaca-se a presença e superexpressão de enzimas ligninolíticas como peroxidases e beta-eterase, bem como de enzimas relacionadas ao metabolismo de aromáticos, como a descarboxilase de ácidos fenólicos (phenolic acid decarboxilase-PDC). Esta última, converte o ácido ferúlico a 4-vinil guaiacol (4-VG), composto de alto valor agregado usado em indústrias alimentícias. Visando a uma aplicação biotecnológica, foram selecionados dois genes candidatos (Rf_PDC_A e Rf_PDC_B) da levedura R. fluviale LM-2 codificadores da enzima PDC para expressão recombinante em Saccharomyces cerevisiae. A linhagem recombinante expressando Rf_PDC_B produziu mais 4-VG do que a linhagem parental quando cultivada em meio rico contendo ácido ferúlico e em meio mínimo contendo hidrolisado lignocelulósico. Neste trabalho, em suma, empregou-se uma combinação de estratégias ômicas as quais permitiram a descrição de vias enzimáticas importantes para a degradação da lignina, sendo que uma delas foi aplicada para produção de biocomposto a partir de resíduos agroindustriais
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Abstract: Currently, the search for renewable sources of energy and raw material is constant, due to recurrent environmental, economic, and social problems resulting from the continuous use of fossil fuels. The use of lignocellulosic biomass, in turn, presents itself as a sustainable opportunity,...
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Abstract: Currently, the search for renewable sources of energy and raw material is constant, due to recurrent environmental, economic, and social problems resulting from the continuous use of fossil fuels. The use of lignocellulosic biomass, in turn, presents itself as a sustainable opportunity, aiming at the production of biofuels through the fermentation of cellulose and hemicellulose and the possible valorization of lignin to produce compounds with high added value. However, the use of lignin is still limited, and it is usually burned for energy. Lignin is a polymer with a complex structure composed of several aromatic compounds, such as ferulic acid. Some microorganisms have ligninolytic enzymes responsible for the depolymerization of lignin, as well as the assimilation and conversion of aromatic compounds. Discovering new ligninolytic strains and understanding their enzyme system is essential to improve lignin valorization. In this sense, this work characterized a yeast isolated from a microbial consortium cultured with lignin fragments. This yeast, called Rhodosporidium fluviale LM-2, has a genome of 50.7 Mb with 17,942 genes. Among the protein-coding genes, there is the presence and overexpression of ligninolytic enzymes, such as peroxidases and beta-etherase, as well as enzymes related to the metabolism of aromatic compounds, such as phenolic acid decarboxylase (PDC). This enzyme converts ferulic acid into 4-vinyl guaiacol (4-VG), a high value-added compound used in the food industry. Thus, aiming at a biotechnological application, two genes (Rf_PDC_A and Rf_PDC_B) from R. fluviale LM-2 that encode the PDC enzyme were selected for expression in the yeast model Saccharomyces cerevisiae. The recombinant strain S. cerevisiae Ethanol Red™ expressing the Rf_PDC_B gene increased 4-VG production compared to the parental strain when cultivated in rich medium containing ferulic acid and in minimal medium containing lignocellulosic biomass hydrolyzate. In summary, a combination of omics strategies described important enzymatic pathways for lignin degradation, one of which was applied to the production of bioproducts from agro-industrial residues
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Squina, Fabio Marcio, 1976-
Orientador
Damásio, André Ricardo de Lima, 1983-
Coorientador
Almeida, João Ricardo Moreira de
Avaliador
Basso, Thiago Olitta
Avaliador
Bilsland, Elizabeth, 1973-
Avaliador
Brandão, Marcelo Mendes, 1974-
Avaliador
Análise multiômica da levedura Rhodosporidium fluviale LM-2 visando a valorização biocatalítica da lignina [recurso eletrônico] = A multiomic-based analysis of Rhodosporidium fluviale LM-2 yeast for lignin biocatalytic valorization
Nathália Vilela
Análise multiômica da levedura Rhodosporidium fluviale LM-2 visando a valorização biocatalítica da lignina [recurso eletrônico] = A multiomic-based analysis of Rhodosporidium fluviale LM-2 yeast for lignin biocatalytic valorization
Nathália Vilela