Com levedura modificada, palha da cana pode se transformar em adoçante xilitol

A palha da cana-de-açúcar, usada hoje na indústria sucroenergética para a produção do etanol de 2G (segunda geração), poderá ser uma matéria-prima para produzir um açúcar de alto valor agregado: o xilitol. Isso é o que mostra um estudo que vem sendo realizado por pesquisadores da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas). Os resultados do estudo foram publicados no Journal of Genetic Engineering and Biotechnology e divulgados com exclusividade pela Agência Fapesp.

Por meio da ação de uma versão modificada da levedura Saccharomyces cerevisiae, a xilose presente na palha da cana pode ser metabolizada, resultando no saudável e cada vez mais popular adoçante. Segundo Fellipe da Silveira Bezerra de Mello, um dos autores do artigo e pesquisador do Departamento de Genética, Evolução, Microbiologia e Imunologia do Instituto de Biologia (IB-Unicamp), atualmente o potencial do uso da palha é negligenciado pela indústria do etanol, que deixa de agregar valor e de suprir a demanda crescente do mercado e da indústria alimentícia pelo adoçante xilitol.

“O sabor adocicado do xilitol é percebido por nosso cérebro como se fosse açúcar, mas o químico carrega o benefício de não ser metabolizado pelo intestino e não ser fermentado pelos microrganismos que causam cáries, o que lhe dá um potencial gigantesco no mercado mundial”, disse Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, professor do IB-Unicamp que também participou da pesquisa à Agência Fapesp.

O estudo envolve a criação de um sistema para modificação genética de linhagens industriais da levedura brasileira de Saccharomyces cerevisiae, que não metaboliza naturalmente a xilose, tipo de açúcar disponível na biomassa da cana-de-açúcar (e também em troncos e folhas de outros vegetais), como faz ao transformar glicose em etanol. Por isso, de acordo com os pesquiasdores, há a necessidade de criar uma cepa mutante.

O microrganismo recebeu o gene que converte xilose em xilitol por meio de uma técnica de edição gênica conhecida como CRISPR-Cas9 (sigla para Conjunto de Repetições Palindrômicas Regularmente Espaçadas, que funciona com uma proteína associada, a Cas), que permite a edição precisa de uma região específica do DNA. Esse é o primeiro estudo do tipo utilizando as principais linhagens da levedura usada pela indústria brasileira de bioetanol e que, a partir de agora, poderá servir de base para o trabalho de outros pesquisadores.

Após a edição genética da S. cerevisiae foram realizados testes para confirmar se seria possível aproveitar a mesma fonte de material utilizada na produção de etanol de segunda geração – a palha da cana-de-açúcar hidrolisada, ou seja, degradada para a liberação da xilose – para obter o xilitol. Além disso, nessa etapa, foi comparada a produção feita por duas leveduras editadas da mesma maneira: uma industrial e outra laboratorial. Ambas as cepas obtiveram sucesso, mas a industrial superou consistentemente a de laboratório.

“Os resultados mostraram que a levedura industrial brasileira consegue produzir mais xilitol no meio ótimo, que contém apenas a xilose, sem todos os estresses [impurezas] do hidrolisado de cana-de-açúcar. A linhagem industrial também obteve maior sucesso na produção de xilitol usando o hidrolisado da palha [com as impurezas], indicando que essa cepa também possui resistência aos estresses presentes nesse meio”, conta Mello à Agência Fapesp.

De forma conclusiva, os pesquisadores atestaram que a levedura industrial brasileira, além de ser muito boa para a fermentação do etanol, também é excelente para produzir outras moléculas, no caso o xilitol, que tem maior valor agregado.

Processo de fermentação do hidrolisado de cana precisa melhorar

Depois de finalizada a prova de conceito, os pesquisadores agora procuram trabalhar para aumentar a produtividade do processo por meio de melhorias no processo de fermentação do hidrolisado de cana. Uma das estratégias, de acordo com os pesquisadores,  é suplementar o meio de cultura para promover maior crescimento da levedura e também aplicar uma corrente elétrica ao meio, o que deve contribuir para a regeneração de cofatores (moléculas que auxiliam nas reações químicas necessárias para a transformação da xilose) – quanto mais cofatores, maior é a produção de xilitol.

“Estamos realizando uma varredura de possíveis estratégias para obter um produto comercial com competitividade industrial. Desse modo, a área de engenharia poderia trabalhar com a purificação do produto para utilização pelo consumidor”, disse Mello.

O estudo teve apoio da FAPESP por meio de três projetos. Além dos pesquisadores, também participaram dos estudos Carla Maneira, Frank Uriel Lizarazo Suarez, Sheila Nagamatsu, Beatriz Vargas, Carla Vieira, Thais Secches, Alessando L. V. Coradini, Maria Augusta de Carvalho Silvello, Rosana Goldbeck e Gleidson Silva Teixeira.

O trabalho “Rational engineering of industrial S. cerevisiae: towards xylitol production from sugarcane straw pode ser lido em: https://jgeb.springeropen.com/articles/10.1186/s43141-022-00359-8.

Com informações da Agência Fapesp