Muitas vezes, as descobertas da pesquisa científica fundamental estão a muitos passos de um produto que pode ser imediatamente divulgado ao público. Mas de vez em quando, a oportunidade surge logo no início.

Foi o caso de uma equipe do Instituto Conjunto de Bioenergia do Departamento de Energia (JBEI), cujo pensamento inovador ao investigar a biofabricação baseada em micróbios levou diretamente a uma plataforma de produção ecologicamente correta para um pigmento azul chamado indigoidina. Com um matiz vividamente saturado semelhante ao índigo sintético, uma tintura usada em todo o mundo para colorir jeans e muitos outros itens, a indigoidina produzida por fungos da equipe pode fornecer uma alternativa a um processo amplamente prejudicial ao meio ambiente.

"Extraído originalmente de plantas, a maior parte do índigo usado hoje é sintetizado, "disse a pesquisadora principal Aindrila Mukhopadhyay, que dirige a equipe de Host Engineering no JBEI. "Esses processos são eficientes e baratos, mas muitas vezes requerem produtos químicos tóxicos e geram muitos resíduos perigosos. Com o nosso trabalho, agora temos uma maneira de produzir com eficiência um pigmento azul que usa um produto barato, fontes de carbono sustentáveis ​​em vez de precursores severos. E até agora, a plataforma verifica muitos dos requisitos em sua promessa de ser ampliada para os mercados comerciais. "

Mais importante, esses mercados comerciais já têm demanda considerável para o que os cientistas esperam fornecer. Depois de se reunir com muitas partes interessadas importantes na indústria têxtil, a equipe descobriu que muitas empresas estão ansiosas por pigmentos de origem mais sustentável porque os clientes estão cada vez mais conscientes dos impactos dos corantes convencionais. "Parece haver uma mudança na sociedade em direção a processos melhores para a criação de produtos de uso diário, "disse Maren Wehrs, um estudante de pós-graduação no JBEI e primeiro autor do artigo que descreve a descoberta, agora publicado em Química verde . "Isso é exatamente o que o JBEI está tentando fazer, usando ferramentas derivadas de sistemas biológicos - acontece que nossa plataforma biológica projetada funcionou muito bem. "

A história começou quando a equipe começou a testar o quão bem uma espécie de fungo resistente chamada Rhodosporidium toruloides poderia expressar peptídeos sintetases não ribossômicos (NRPSs) - grandes enzimas que bactérias e fungos usam para montar compostos importantes. Os cientistas examinaram a capacidade de expressão de NRPS desse fungo inserindo um NRPS bacteriano em seu genoma. Eles escolheram um NRPS que converte duas moléculas de aminoácidos em indigoidina - um pigmento azul - para tornar mais fácil dizer se a engenharia da cepa funcionou. Muito simples, quando aconteceu, a cultura ficaria azul.

Indo para este experimento, a própria indigoidina não era o principal interesse da equipe. Em vez de, eles estavam focados no panorama geral:explorar como a funcionalidade da linha de montagem dessas enzimas poderia ser aproveitada para criar vias de fabricação biossintética para compostos orgânicos valiosos, como biocombustíveis, e avaliar se os fungos representam ou não uma boa espécie hospedeira para a produção desses compostos. Mas quando eles cultivaram sua linhagem projetada, e vi o quão azul era a cultura, eles sabiam que algo incrível havia acontecido.

Com um título médio de 86 gramas de indigoidina por litro de cultura de biorreator, o rendimento da cepa - que eles chamaram de Bluebelle - é de longe o maior que já foi relatado. (Outros grupos de pesquisa, incluindo a equipe JBEI, sintetizaram indigoidina usando diferentes micróbios hospedeiros.) Somando-se ao peso da conquista, o rendimento recorde foi obtido a partir de um processo de cultura que usa insumos de nutrientes e precursores provenientes de material vegetal sustentável. As vias anteriores exigiam insumos consideravelmente mais caros, embora produzissem cerca de um décimo da quantidade de indigoidina.

Além das aplicações potenciais da indigoidina, o estudo teve sucesso em seu objetivo original de fornecer um caminho de produção potencial para outros NRPSs - algo que é muito mais valioso do que qualquer produto individual. Essas enzimas complexas têm várias subunidades, cada uma das quais desempenha uma ação distinta e previsível na montagem de um composto a partir de moléculas menores. Cientistas do JBEI e além estão ansiosos para desenvolver enzimas que usam recursos semelhantes a blocos de Lego dos NRPSs para produzir bioprodutos avançados que atualmente são difíceis de fazer.

"Um grande desafio é fazer com que um micróbio expresse de forma eficiente essas enzimas. Este hospedeiro tem um enorme potencial para atender a essa necessidade, "disse Mukhopadhyay.

Os próximos passos da equipe serão caracterizar como a indigoidina pode ser usada como corante e aprofundar as capacidades de R. toruloides.