p Em um passo em direção ao aumento da relação custo-benefício dos biocombustíveis e bioprodutos renováveis, cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge descobriram uma enzima microbiana que degrada ligações difíceis de quebrar na lignina, um produto residual de biorrefinarias. p Quando inserido em uma bactéria modificada pela bioengenharia, a enzima ajuda a converter de forma eficiente os compostos de lignina em um componente comum de plásticos, abrindo um caminho para transformar resíduos em um produto bioquímico comercialmente valioso.

p "A lignina é um polímero muito complicado, "disse Josh Michener, que liderou a pesquisa do ORNL conforme detalhado em Engenharia Metabólica . O polímero, que contribui para a rigidez estrutural das plantas, consiste em unidades monoméricas úteis mantidas juntas por ligações fracas e fortes. Com lignina compreendendo 20% a 30% da biomassa vegetal em peso, quebrar as fortes ligações do polímero e converter os produtos químicos que eles unem em produtos de valor agregado é necessário para tornar a produção de biocombustíveis e produtos baseados em plantas economicamente viáveis.

p Diversas comunidades de bactérias e fungos realizam esses processos na natureza, mas manter uma mistura de tantos micróbios diferentes em um biorreator pode ser complicado. Para resolver este problema, Cientistas do ORNL no Centro de Inovação em Bioenergia, ou CBI, querem identificar as enzimas que os micróbios usam para degradar ligações específicas na lignina e criar os genes que codificam essas enzimas em um único organismo.

p Trabalhando em direção a esse objetivo, Os pesquisadores do ORNL almejaram uma ligação particularmente teimosa ligando duas moléculas de carbono em um dímero de lignina - uma unidade de dois monômeros unidos - chamada 1, 2-diguaiacilpropano-1, 3-diol, ou DGPD.

p A equipe usou a bactéria Novosphingobium aromaticivorans, um micróbio de interesse na valorização da lignina. Depois de identificar e cultivar uma cepa mutante de N. aromaticivorans que degradou de forma eficiente a ligação desejada em DGPD, os pesquisadores usaram genética bacteriana e técnicas de interrupção do gene para descobrir qual enzima foi responsável.

p Para sua surpresa, a enzima que eles identificaram - que eles chamaram de LsdE - foi rotulada como uma proteína hipotética, o que significa que sua função era desconhecida.

p "Ninguém tinha visto esse tipo de química antes, "Michener disse." Não havia nenhum exemplo na literatura de uma única enzima que pudesse fazer essa transformação em particular. "

p A descoberta foi possível graças à abordagem em escala do genoma da equipe do ORNL. As técnicas de biologia frequentemente dependem da homologia, um método de examinar enzimas que parecem semelhantes àquelas com funções conhecidas. Contudo, Michener observou, "Quando procuramos uma proteína hipotética que nunca foi descrita, não podemos encontrá-lo por homologia. "

p Em vez de, a equipe usou técnicas genéticas que lhes permitiram encontrar pistas examinando amplamente o genoma de N. aromaticivorans. Eles então construíram um conjunto de micróbios mutantes, cada um com um único gene interrompido. Coletivamente, cada gene não essencial foi interrompido em pelo menos um desses mutantes.

p Se o micróbio mutante perder sua capacidade de quebrar o dímero DGPD quando um determinado gene for removido, os pesquisadores puderam determinar que a enzima codificada por esse gene foi responsável pela degradação, sem precisar saber de antemão sua função.

p "Nesse caso, não havia razão para olharmos para LsdE e dizermos obviamente que esta enzima faz aquela reação, "Michener disse." Essa foi uma das partes mais emocionantes - e o fato de que temos métodos para fazer esse tipo de descoberta. "

p Em um micróbio diferente, novas possibilidades

p Depois de identificar LsdE, a equipe ORNL testou para ver se poderia validar ainda mais sua função. Seu teste confirmou o papel da LsdE e revelou que uma enzima mais conhecida, LsdA, desempenhou um papel complementar na quebra adicional de DGPD em compostos úteis.

p No Laboratório Nacional de Energia Renovável, um parceiro de projeto na CBI, os cientistas inseriram ambas as enzimas em uma cepa da bactéria Pseudomonas putida que já havia sido projetada para produzir ácido mucônico, um precursor de valor agregado para plásticos. Eles descobriram que a adição das enzimas permitiu que P. putida convertesse DGPD em ácido mucônico com um rendimento de quase 100%.

p "Com muitos produtos, você está perdendo carbono ao longo do caminho, "disse Allison Werner, pesquisador de pós-doutorado no NREL e co-autor do estudo. "Mas neste caso, temos um caminho muito eficiente. "

p "Com o melhor de nossas capacidades analíticas, cada molécula do dímero com que começamos foi convertida em duas moléculas do produto, o que é fenomenal, "Michener disse.

p Este trabalho faz parte de um esforço maior para converter a lignina em produtos de valor agregado. Pesquisas futuras terão como objetivo descobrir novas enzimas que quebram outras ligações difíceis e compreender melhor a estrutura química do LsdE.