Pesquisadores americanos descobrem que enzimas achadas pela primeira vez na Rússia digerem celulose até duas vezes mais rápido do que a celulase mais usada na produção de biocombustíveis hojePesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável, do Departamento de Energia dos EUA, descobriram um micro-organismo capaz de colocar as atuais enzimas usadas no etanol de segunda geração em uma competição desigual.
Veja a seguir como foi a descoberta, os detalhes de como a enzima trabalha com a celulose, as diferenças entre os coquetéis de enzimas utilizados hoje e porque os custos tendem a cair com o aproveitamento desta nova enzima.
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL, na sigla em inglês), do Departamento de Energia, descobriram uma enzima em um micro-organismo encontrado pela primeira vez no Vale dos Gêiseres, na península Kamchatka, na Rússia, em 1990. O catalisador consegue digerir celulose quase duas vezes mais rápido do que a principal enzima celulase do mercado hoje.
Se a nova enzima continuar a obter bons resultados em testes maiores, ela pode ajudar a diminuir o custo de produção de combustíveis lignocelulósicos, do etanol a outros biocombustíveis que podem passar a ser usados nos meios de transporte.
Um artigo sobre a descoberta, "Revelando a diversidade de celulase na natureza: o mecanismo de digestão da Caldicellulosiruptor bescii CelA", foi publicado no periódico Science.
A bactéria encontrada inicialmente em piscinas de água doce e quente, Caldicellulosiruptor bescii, secreta a celulase, CelA, que tem uma combinação complexa de dois domínios catalíticos separados por peptídeos conectores e módulos de ligação de celulose.
Os cientistas do NREL testaram a CelA e descobriram que, agindo sobre Avicel, que é um padrão da indústria para testar degradação da celulose, ela produzia mais açúcares que a celulase mais comum nas principais misturas comerciais, Cel7A.
Eles descobriram que a CelA não apenas digere a celulose da superfície, mas também que ela cria cavidades no material, o que leva a uma maior sinergia com celulases mais convencionais, resultando em maior produção de açúcar.
As bactérias que secretam a promissora CelA se desenvolvem em temperaturas que variam entre 75 e 90 graus Celsius.
"Micro-organismos e celulases operando em uma temperatura alta assim têm diversas vantagens biotecnológicas", afirmou o pesquisador de NREL Yannick Bomble, um dos autores do artigo.
"CelA é a celulase mais eficiente que já estudamos – e por uma alta margem", disse Bomble. "Ela é uma enzima espantosamente complexa que combina dois domínios catalíticos e três módulos de ligação. O fato de que ela tem dois domínios catalíticos complementares trabalhando em harmonia é, provavelmente, o que faz da CelA um ótimo degradador de celulose".
Boa parte das operações comerciais usa um coquetel de enzimas, uma combinação de 15 a 20 enzimas diferentes, para transformar material vegetal em açúcares que tenham valor para a indústria de biocombustíveis.
Na maioria destes coquetéis, um único tipo de enzima, a Cel7A, faz a maior parte do trabalho.
Quando os pesquisadores compararam a CelA à Cel7A, eles descobriram que, à sua temperatura ótima de 50 graus Celsius, Cel7A atinge apenas 50% do desempenho da CelA, ao fazer a conversão de Avicel.
A CelA foi descoberta 15 anos atrás, mas até esta recente pesquisa, tudo o que se sabia sobre esta proteína complexa era sua arquitetura geral e que ela possuía a capacidade de degradar celulose.
Este organismo, inicialmente cultivado em biomassa por cientistas da Universidade de Georgia, era utilizado para produzir enzimas extracelulares (que funcionam fora das células).
Mais tarde, estas enzimas extracelulares foram purificadas e caracterizadas no Laboratório Nacional de Energia Renovável, por meio do uso de técnicas como ensaios de desempenho, imagens avançadas, cristalografia de raios-x e criação de modelos em supercomputadores.
Os pesquisadores do NREL descobriram que a CelA é muito ativa não apenas sobre a celulose, mas também sobre a xilose.
Isso pode significar que a quantidade de enzimas especializadas na remoção de xilose usadas nos coquetéis comerciais pode ser diminuída, o que se traduz em custos mais baixos.
Se uma enzima pode produzir açúcares de forma mais eficiente, isso significa que o custo dos coquetéis, que é um dos principais fatores de custo do processo de conversão de biomassa em biocombustível, fica mais baixo.
Estas descobertas têm importantes implicações para a indústria, mas também fascinaram os cientistas.
"Estamos aprendendo muito sobre a evolução destas celulases, como elas conseguem se desenvolver em ambientes extremos, e como elas agem sobre a biomassa", declarou o pesquisador e principal autor do artigo, Roman Brunecky.
"Esta descoberta pode remodelar o cenário de projetos para produção de coquetéis de celulase", disse Paul Gilna, o diretor do BioEnergy Science Center, que financiou este trabalho e é um dos três Centros de Pesquisa em Bioenergia apoiados pelo Escritório de Pesquisa Biológica e Ambiental, do Escritório de Ciências, do Departamento de Energia.
Além de Brunecky, co-autores da pesquisa incluem Markus Alahuhta, Qi Xu, Bryon S. Donohoe, Michael F. Crowley, Michael G. Resch, Vladimir V. Lunin, Michael E. Himmel, e Bomble, todos do NREL, e Irina A. Kataeva, Sung-Jae Yang, e Michael W.W. Adams, da Universidade da Georgia.
O texto original pode ser acessado aqui.
O artigo dos pesquisadores está acessível aqui.
Tradução e adaptação: Vivian Faria – NovaCana
Veja a seguir como foi a descoberta, os detalhes de como a enzima trabalha com a celulose, as diferenças entre os coquetéis de enzimas utilizados hoje e porque os custos tendem a cair com o aproveitamento desta nova enzima.
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL, na sigla em inglês), do Departamento de Energia, descobriram uma enzima em um micro-organismo encontrado pela primeira vez no Vale dos Gêiseres, na península Kamchatka, na Rússia, em 1990. O catalisador consegue digerir celulose quase duas vezes mais rápido do que a principal enzima celulase do mercado hoje.
Se a nova enzima continuar a obter bons resultados em testes maiores, ela pode ajudar a diminuir o custo de produção de combustíveis lignocelulósicos, do etanol a outros biocombustíveis que podem passar a ser usados nos meios de transporte.
Um artigo sobre a descoberta, "Revelando a diversidade de celulase na natureza: o mecanismo de digestão da Caldicellulosiruptor bescii CelA", foi publicado no periódico Science.
A bactéria encontrada inicialmente em piscinas de água doce e quente, Caldicellulosiruptor bescii, secreta a celulase, CelA, que tem uma combinação complexa de dois domínios catalíticos separados por peptídeos conectores e módulos de ligação de celulose.
Os cientistas do NREL testaram a CelA e descobriram que, agindo sobre Avicel, que é um padrão da indústria para testar degradação da celulose, ela produzia mais açúcares que a celulase mais comum nas principais misturas comerciais, Cel7A.
Eles descobriram que a CelA não apenas digere a celulose da superfície, mas também que ela cria cavidades no material, o que leva a uma maior sinergia com celulases mais convencionais, resultando em maior produção de açúcar.
As bactérias que secretam a promissora CelA se desenvolvem em temperaturas que variam entre 75 e 90 graus Celsius.
"Micro-organismos e celulases operando em uma temperatura alta assim têm diversas vantagens biotecnológicas", afirmou o pesquisador de NREL Yannick Bomble, um dos autores do artigo.
"CelA é a celulase mais eficiente que já estudamos – e por uma alta margem", disse Bomble. "Ela é uma enzima espantosamente complexa que combina dois domínios catalíticos e três módulos de ligação. O fato de que ela tem dois domínios catalíticos complementares trabalhando em harmonia é, provavelmente, o que faz da CelA um ótimo degradador de celulose".
Boa parte das operações comerciais usa um coquetel de enzimas, uma combinação de 15 a 20 enzimas diferentes, para transformar material vegetal em açúcares que tenham valor para a indústria de biocombustíveis.
Na maioria destes coquetéis, um único tipo de enzima, a Cel7A, faz a maior parte do trabalho.
Quando os pesquisadores compararam a CelA à Cel7A, eles descobriram que, à sua temperatura ótima de 50 graus Celsius, Cel7A atinge apenas 50% do desempenho da CelA, ao fazer a conversão de Avicel.
A CelA foi descoberta 15 anos atrás, mas até esta recente pesquisa, tudo o que se sabia sobre esta proteína complexa era sua arquitetura geral e que ela possuía a capacidade de degradar celulose.
Este organismo, inicialmente cultivado em biomassa por cientistas da Universidade de Georgia, era utilizado para produzir enzimas extracelulares (que funcionam fora das células).
Mais tarde, estas enzimas extracelulares foram purificadas e caracterizadas no Laboratório Nacional de Energia Renovável, por meio do uso de técnicas como ensaios de desempenho, imagens avançadas, cristalografia de raios-x e criação de modelos em supercomputadores.
Os pesquisadores do NREL descobriram que a CelA é muito ativa não apenas sobre a celulose, mas também sobre a xilose.
Isso pode significar que a quantidade de enzimas especializadas na remoção de xilose usadas nos coquetéis comerciais pode ser diminuída, o que se traduz em custos mais baixos.
Se uma enzima pode produzir açúcares de forma mais eficiente, isso significa que o custo dos coquetéis, que é um dos principais fatores de custo do processo de conversão de biomassa em biocombustível, fica mais baixo.
Estas descobertas têm importantes implicações para a indústria, mas também fascinaram os cientistas.
"Estamos aprendendo muito sobre a evolução destas celulases, como elas conseguem se desenvolver em ambientes extremos, e como elas agem sobre a biomassa", declarou o pesquisador e principal autor do artigo, Roman Brunecky.
"Esta descoberta pode remodelar o cenário de projetos para produção de coquetéis de celulase", disse Paul Gilna, o diretor do BioEnergy Science Center, que financiou este trabalho e é um dos três Centros de Pesquisa em Bioenergia apoiados pelo Escritório de Pesquisa Biológica e Ambiental, do Escritório de Ciências, do Departamento de Energia.
Além de Brunecky, co-autores da pesquisa incluem Markus Alahuhta, Qi Xu, Bryon S. Donohoe, Michael F. Crowley, Michael G. Resch, Vladimir V. Lunin, Michael E. Himmel, e Bomble, todos do NREL, e Irina A. Kataeva, Sung-Jae Yang, e Michael W.W. Adams, da Universidade da Georgia.
O texto original pode ser acessado aqui.
O artigo dos pesquisadores está acessível aqui.
Tradução e adaptação: Vivian Faria – NovaCana
