Com a ajuda de manipulação genética e ferramentas biofísicas avançadas, uma equipe de pesquisa internacional obteve informações inesperadas sobre como uma bactéria absorve açúcares derivados de matérias-primas vegetais.
Suas descobertas foram publicadas em 7 de setembro no mBio .

"A absorção eficiente de açúcar é crucial para as fábricas de células microbianas, portanto, os transportadores de açúcar são alvos importantes para a engenharia metabólica e o desenvolvimento da biologia sintética de microrganismos industriais", disse o autor co-correspondente Prof. Cui Qiu do Instituto de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos de Qingdao (QIBEBT). da Academia Chinesa de Ciências (CAS).

A bactéria, Clostridium thermocellum, tem sido uma das principais concorrentes na produção industrial sustentável de biocombustíveis. Embora a forma como o microrganismo industrial C. thermocellum absorva açúcares tenha sido de grande interesse por muitos anos e cinco potenciais transportadores de açúcar tenham sido descobertos em 2009, as dificuldades com a manipulação de genes nesta bactéria restringiu a validação funcional.

O Grupo de Metabolômica do QIBEBT liderado por Cui desenvolveu uma variedade de ferramentas capazes de manipular genes em C. thermocellum. Essas ferramentas incluem um instrumento de eletroporação da célula, uma técnica de nocaute rápido de genes para bactérias termofílicas (técnica Thermotargetron) e um sistema preciso de edição de genoma, que permite aos pesquisadores analisar quais genes produzem quais mudanças físicas e funcionais nas bactérias, informando como a bactéria se quebra. reduzir a lignocelulose, o principal componente das paredes celulares das plantas, em tipos de açúcar que podem ser usados ​​para produzir etanol.

Ao combinar essas abordagens genéticas e várias técnicas biofísicas, os pesquisadores identificaram os transportadores conhecidos como B e A como os transportadores solo de celodextrina e glicose, respectivamente, entre os cinco potenciais transportadores de açúcar em C. thermocellum. A glicose é uma molécula de açúcar simples, enquanto a celodextrina compreende várias moléculas ligadas. "Essas descobertas são bastante inesperadas porque muitos microorganismos são conhecidos por terem uma multiplicidade de transportadores de açúcar redundantes para sua principal fonte de carbono", disse Cui.

Em vez de vários transportadores para coletar e mover açúcares como outros microorganismos, C. thermocellum usa principalmente o transportador B para pegar celodextrinas derivadas da celulose. Esta cepa também usa o transportador A para captar a glicose e utilizá-la, mas somente depois de devidamente adaptada, de acordo com o co-autor correspondente Prof. Feng Yingang do QIBEBT.

"Nós também identificamos um gene isolado, 2554, como a subunidade que faltava no agrupamento de genes do transportador B", disse Feng, observando que a descoberta explica como o mecanismo do transportador B pode ajudar a utilizar a biomassa lignocelulósica. "Além disso, demonstramos que o transportador B combina com a regulação da expressão dos celulossomas, os complexos proteicos responsáveis ​​pela produção de açúcares pela degradação das paredes das células vegetais."

Essa descoberta estende pesquisas anteriores no campo, sugerindo que a expressão do celulossoma é regulada por um grupo de fatores sigma/anti-sigma com detecção de substrato e atividade de transcrição, enquanto também está acoplada ao transporte de açúcar. E, no entanto, os pesquisadores não elucidaram completamente o mecanismo subjacente desse acoplamento transportador de açúcar-celulossoma, e a descoberta de sua existência reforça ainda mais o valor potencial de aplicação de C. thermocellum na bioconversão de lignocelulose.

"Embora os benefícios fisiológicos e evolutivos dos transportadores restritivos ainda sejam desconhecidos, essas descobertas sugerem que a engenharia de transportadores de açúcar em C. thermocellum pode ser mais fácil do que em espécies com múltiplos transportadores redundantes", disse Cui.

Os pesquisadores disseram que planejam continuar trabalhando para entender os principais mecanismos moleculares da bactéria, que usarão para informar o desenvolvimento de tecnologias de bioenergia e biologia sintética. + Explorar mais

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