As biorrefinarias microbianas empregam vários mecanismos para regular a expressão gênica e garantir a utilização eficiente de substratos e a produção dos bioprodutos desejados. Aqui está uma visão geral de alguns dos principais mecanismos regulatórios comumente observados em biorrefinarias microbianas:
1. Regulação Transcricional:
- Fatores de transcrição:Os microrganismos podem produzir fatores de transcrição que se ligam especificamente ao DNA e promovem ou reprimem a transcrição de certos genes. Esses fatores de transcrição podem ser ativados ou inibidos por vários estímulos ambientais ou intermediários metabólicos. Por exemplo, a presença de um substrato ou subproduto específico pode desencadear a expressão de genes envolvidos no seu metabolismo ou desintoxicação.
2. Estabilidade do mRNA:
- Riboswitches:Riboswitches são elementos de RNA de ação cis localizados na região 5' não traduzida (UTR) dos transcritos de mRNA. Eles podem se ligar a metabólitos ou ligantes específicos e regular a acessibilidade do sítio de ligação do ribossomo, controlando assim a tradução do gene a jusante. Por exemplo, os riboswitches podem detectar a disponibilidade de certos nutrientes, tais como glicose ou aminoácidos, e modular a expressão de genes envolvidos na sua absorção e metabolismo.
3. Regulamento de Tradução:
- Pequenos RNAs reguladores (sRNAs):os sRNAs são pequenas moléculas de RNA não codificantes que regulam a expressão gênica ligando-se ao mRNA dos genes alvo e interferindo na sua tradução. Eles podem inibir a tradução ou induzir a degradação do mRNA. Os sRNAs podem ser produzidos pelo microrganismo hospedeiro ou mesmo pelos membros da comunidade microbiana envolvidos no processo de biorrefinaria.
4. Detecção de Quorum:
- As biorrefinarias microbianas envolvem frequentemente comunidades microbianas. Quorum sensing é um mecanismo de comunicação célula a célula empregado por muitos microrganismos para coordenar seu comportamento. Permite que a comunidade microbiana sinta a sua densidade e responda colectivamente. Por exemplo, quando um certo limiar de uma molécula sinalizadora específica é atingido, pode desencadear a expressão de genes envolvidos na formação de biofilme, produção de antibióticos ou outras atividades metabólicas cruciais para o processo de biorrefinaria.
5. Regulação Metabólica:
- Inibição e indução de feedback:As vias metabólicas são reguladas por mecanismos de feedback. Os produtos finais ou intermediários podem inibir a atividade de enzimas anteriores na via, evitando o acúmulo de metabólitos em excesso. Por outro lado, os substratos podem induzir a expressão de genes que codificam enzimas envolvidas no seu metabolismo, garantindo a utilização eficiente dos recursos disponíveis.
6. Sensoriamento Ambiental:
- Sistemas de dois componentes:Muitos microrganismos utilizam sistemas de dois componentes para detectar e responder às mudanças ambientais. Esses sistemas consistem em uma proteína sensora transmembrana que detecta sinais externos e um regulador de resposta citoplasmática que modula a expressão gênica. A proteína sensora pode ser ativada pela ligação a ligantes específicos, levando a alterações transcricionais que adaptam o metabolismo microbiano às condições prevalecentes.
7. Sistemas CRISPR-Cas:
- Os sistemas CRISPR-Cas são mecanismos de defesa adaptativos encontrados em muitas bactérias e arqueas. Eles desempenham um papel na regulação genética, direcionando e silenciando sequências específicas de DNA. Em algumas aplicações de biorrefinaria microbiana, os sistemas CRISPR-Cas podem ser projetados para regular a expressão de genes envolvidos na síntese de bioprodutos ou nas vias metabólicas.
É importante notar que os mecanismos regulatórios empregados pelas biorrefinarias microbianas são altamente diversos, influenciados pelos microrganismos específicos envolvidos, pelos substratos e produtos de interesse e pela rede metabólica geral. Abordagens de biologia de sistemas, como modelagem metabólica em escala genômica e transcriptômica, são frequentemente usadas para compreender e otimizar os mecanismos regulatórios dentro de biorrefinarias microbianas para melhorar o desempenho e a produtividade.
