Um estudo conduzido por pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) e colaboradores, com apoio da FAPESP, mostrou que uma nova cepa geneticamente modificada da levedura Saccharomyces cerevisiae, em condições semelhantes às industriais, tem potencial para otimizar em até 60% a produção de etanol de segunda geração (2G) sem a necessidade de aumentar a área plantada de cana-de-açúcar e ainda reduzir parte dos custos da indústria. Os resultados do estudo foram divulgados na revista Scientific Reports.
A produção de cana-de-açúcar e seu processamento geram milhões de toneladas de biomassa lignocelulósica por ano, resíduo de matéria orgânica composto de lignina, celulose e hemicelulose. Atualmente destinada apenas à queima para a geração de energia elétrica, essa biomassa também pode serve de matéria-prima para a fabricação do etanol 2G. No entanto, hoje ainda há um obstáculo para o uso da biomassa lignocelulósica: por se tratar de um açúcar complexo, ela não é metabolizada naturalmente pelo microrganismo utilizado na produção tradicional de etanol, a levedura Saccharomyces cerevisiae. Sendo assim, durante a fabricação do combustível 2G, é necessário realizar uma etapa extra de pré-tratamento, com altas temperaturas e altas pressões, e uma etapa de hidrólise, com enzimas que quebram os açúcares e os tornam disponíveis para a fermentação. Somente então é possível a conversão em etanol.
No estudo recentemente publicado, os pesquisadores lançaram mão de sequências gênicas de enzimas encontradas em outros fungos para construir uma nova versão da levedura, capaz de transportar e degradar internamente componentes da hemicelulose (oligossacarídeos) que compõem a biomassa lignocelulósica. Os genes foram, então, inseridos em S. cerevisiae, dando origem a uma nova cepa.
De acordo com a Fapesp, desenvolvida em parceria com pesquisadores das universidades Estadual de Campinas (Unicamp), de Illinois (Estados Unidos) e de Bath (Reino Unido) e testada em um meio próximo ao real (industrial), a nova levedura carrega ainda outras modificações importantes. Por meio da substituição de determinados genes, pode metabolizar ácido acético, produto da digestão da hemicelulose normalmente não consumido pelas leveduras, tóxico e que compromete o processo de fermentação.
“Atuamos com engenharia metabólica para dar à levedura a capacidade de ser autossuficiente em processos que ela não seria naturalmente”, explica Dielle Pierotti Procópio, pesquisadora do Instituto de Química (IQ) da USP e primeira autora do estudo.
A cepa mutante produziu 60% mais etanol e 12% menos xilitol (gerado a partir da xilose) do que a cepa controle.
Econômica e ambientalmente correta
O destaque da nova levedura é sua capacidade de aumentar a produção do etanol de segunda geração sem demandar a ampliação da área plantada de cana-de-açúcar. Além disso, pelo fato de ser capaz de metabolizar açúcares complexos, a biomassa não precisa passar por tratamentos químicos severos – esse tipo de processo costuma demandar condições específicas de temperatura e pressão, consumindo mais energia e gerando uma quantidade considerável de resíduos agressivos ao meio ambiente.
Outra vantagem é a redução de custos para a indústria. “Normalmente, os fabricantes precisam comprar enzimas que digerem açúcares complexos, o que encarece consideravelmente o processo – é um custo extra que não existe na produção do combustível tradicional”, explica Thiago Olitta Basso, professor do Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica (Poli) da USP e coordenador do estudo.
“Além disso, condições mais amenas de pré-tratamento levam à diminuição da produção de certos compostos tóxicos, o que permite uma fermentação melhor do etanol de segunda geração e contribui ainda mais para o rendimento”, completa Basso.
De acordo com os pesquisadores, trabalhos futuros podem explorar ainda o potencial dessa nova levedura para controlar bactérias contaminantes, geralmente bactérias láticas, que comprometem o rendimento, pois esses açúcares complexos não são metabolizados por tais contaminantes. Isso reduziria o peso ambiental do uso de antibiótico na indústria.
O artigo Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for second-generation ethanol production from xylo-oligosaccharides and acetate pode ser lido em: www.nature.com/articles/s41598-023-46293-8.
