p Um grupo de pesquisa, consistindo no aluno de doutorado Fujiwara Ryosuke, Professor Associado Tanaka Tsutomu (ambos da Escola de Graduação em Engenharia da Universidade de Kobe) e Cientista Pesquisador Noda Shuhei (Centro RIKEN para Ciência de Recursos Sustentáveis), conseguiu melhorar o rendimento da produção de produtos químicos a partir da biomassa. Eles conseguiram isso através da engenharia metabólica das bactérias usadas na bioprodução, de modo que ele usaria diferentes tipos de açúcar absorvidos da biomassa para fins distintos. p Existem problemas envolvidos com o uso de micróbios para produzir produtos químicos alvo. Se os micróbios usam as fontes de carbono (açúcares) para sua própria propagação, a produção química alvo diminui. Por outro lado, suprimir essa propagação faz com que os micróbios enfraqueçam, resultando em um declínio geral na produção. Para resolver este problema, a equipe de pesquisa desenvolveu uma nova estratégia chamada engenharia de via metabólica paralela (PMPE), permitindo-lhes controlar a produção química alvo e a propagação de micróbios. Eles usaram essa abordagem para alterar a bactéria E. coli a fim de aumentar com sucesso a produção do ácido mucônico precursor do náilon.

p Usar a fonte de carbono selecionada exclusivamente para a produção de produtos químicos alvo e implantar as fontes restantes para a propagação de micróbios trará grandes avanços na produção de compostos aromáticos e matérias-primas para produtos médicos e químicos. Os resultados desta pesquisa foram publicados pela primeira vez em Nature Communications em 14 de janeiro.

p A indústria depende de combustíveis fósseis como matéria-prima para a produção de diversos produtos. Contudo, a produção de compostos derivados do petróleo aumenta a quantidade de CO atmosférico ₂ , causando uma infinidade de problemas ambientais.

p Consequentemente, há uma necessidade de desenvolver tecnologias de biorrefinaria que envolvam o uso de micróbios para produzir compostos químicos a partir de recursos renováveis ​​naturalmente abundantes, como árvores e plantas. Produtos derivados de biomassa têm a vantagem de serem neutros em carbono; eles não aumentam a quantidade de CO ₂ na atmosfera. Espera-se que o uso de biomassa para produzir vários compostos úteis possa formar uma base para uma sociedade de baixo carbono, reduzindo a quantidade de CO atmosférico ₂ .

p O ácido mucônico é um produto químico útil que pode ser facilmente convertido em ácido adípico, um ingrediente na produção de náilon. Também é utilizado como matéria-prima na produção de produtos médicos e químicos. Contudo, atualmente é sintetizado quimicamente a partir de recursos de petróleo. Espera-se que um método de fermentação possa ser desenvolvido usando micróbios e recursos vegetais renováveis ​​com condições de reação mais suaves e menos subprodutos.

p Contudo, existem problemas com o uso de micróbios para produzir produtos químicos a partir da biomassa. Existem muitos casos em que os micróbios que usam biomassa se propagam em vez de produzir o produto químico alvo. Contudo, alterar o metabolismo para evitar que os micróbios aumentem faz com que eles se enfraqueçam, o que significa que os produtos químicos alvo não podem ser sintetizados. O equilíbrio entre a autopropagação de micróbios e a produção química alvo é um grande problema.

p Para resolver este dilema, a equipe de pesquisa desenvolveu o PMPE, no qual separou a utilização do açúcar entre a propagação do micróbio e a produção química alvo, permitindo-lhes controlar cada processo de forma independente.

p Biomassa lignocelulósica, que não compete com o abastecimento global de alimentos, é composta por açúcares de glicose e xilose (Figura 1). A equipe de pesquisa desenvolveu uma estratégia metabólica que envolveu a modificação da bactéria E. coli para que ela utilizasse a glicose para a produção química alvo e a xilose para a propagação de micróbios.

p Em micróbios normais, glicose e xilose usam a mesma via metabólica e são utilizadas para o crescimento de micróbios e a produção de produtos químicos alvo (conforme mostrado na Figura 2). Isso reduz a quantidade de substância química alvo sintetizada porque os micróbios absorvem os açúcares para produzir e manter os elementos e a energia de que precisam para viver.

p Conforme mostrado na Figura 2, dividir a via metabólica dos micróbios permite que cada açúcar seja usado independentemente, com toda a glicose sendo usada para a produção química alvo e toda a xilose sendo usada para a propagação e manutenção do micróbio. Isso permitiu um maior rendimento do produto químico alvo a ser produzido, porque nenhuma glicose estava sendo usada para o crescimento de micróbios.

p Este grupo de pesquisa introduziu uma via metabólica para a E. coli modificada para a síntese de ácido mucônico. A E. coli modificada usou a glicose e a xilose, levando à produção do produto químico alvo. Os pesquisadores conseguiram produzir 4,26 g / L de ácido mucônico com um rendimento de 0,31g / g-glicose (Figura 3). Este é considerado o maior rendimento do mundo, comprovando a eficácia da estratégia PMPE.

p Subseqüentemente, os pesquisadores investigaram se a estratégia PMPE poderia ser aplicada à produção de produtos químicos-alvo diferentes do ácido mucônico. Como resultado, eles aumentaram com sucesso os rendimentos do aminoácido essencial e do composto aromático fenilalanina, e 1, 2-propanodiol, que é utilizado como aditivo em medicamentos e produtos alimentares. Esses resultados mostraram que o PMPE é uma técnica versátil que pode ser usada para produzir com eficiência uma variedade de compostos.