Bactérias geneticamente modificadas podem elevar em até 30% a produção de etanol de segunda geração

Uma descoberta conduzida por pesquisadoras da Unicamp, em parceria com instituições dos Estados Unidos, pode representar um avanço importante na produção de etanol de segunda geração, biocombustível obtido a partir de resíduos como o bagaço e a palha da cana de açúcar. A modificação genética desenvolvida ao longo da pesquisa é capaz de aumentar em até quase 30% o rendimento do processo, resultado considerado expressivo pelos próprios cientistas envolvidos no estudo, conforme detalhado no Jornal da Unicamp.

Um gargalo que encarece o biocombustível

O etanol de segunda geração é visto como um caminho promissor para reduzir emissões de carbono e ainda funciona como base para a produção de combustíveis de aviação sustentáveis. O problema é que seu custo de produção segue mais alto do que o dos combustíveis fósseis e do próprio etanol de primeira geração, feito a partir do caldo da cana. Isso acontece porque o processo tradicional depende de leveduras para a fermentação, o que exige etapas extras de tratamento térmico e o uso de enzimas para quebrar a celulose e transformar o material em açúcar fermentável.

Segundo Luana Walravens Bergamo, pesquisadora do Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) da Unicamp, essas duas etapas adicionais são justamente o que torna o biocombustível mais caro de se produzir. Por isso, há mais de trinta anos, um grupo liderado pelo professor Lee Lynd, do Dartmouth College, estuda uma alternativa baseada no chamado Bioprocessamento Consolidado, técnica que substitui as leveduras por bactérias anaeróbias termofílicas capazes de degradar a biomassa e fermentar o material em uma única etapa.

Duas bactérias, uma solução

O impasse era que a bactéria mais eficiente nessa técnica, a Clostridium thermocellum, degrada muito bem a celulose, mas produz pouco etanol. Para tentar resolver esse desequilíbrio, a equipe passou a estudar uma bactéria "prima" dela, chamada Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum, que tem exatamente a característica oposta: fermenta bem, mas não degrada biomassa com a mesma eficiência.

"Tínhamos, portanto, dois microrganismos complementares: um que produz muito etanol, mas não degrada celulose, e outro que degrada a biomassa com excelência, mas não gera um bom rendimento do biocombustível", resume Bergamo.

A tese de doutorado de Layse Costa de Souza, desenvolvida entre o Brasil e os Estados Unidos, se dedicou a mapear o metabolismo da bactéria boa fermentadora para identificar quais proteínas explicavam sua eficiência. Depois de localizá-las, a equipe transferiu os genes responsáveis por essas proteínas para a bactéria especializada em degradar celulose. "Uma vez mapeadas as rotas capazes de suportar esse nível de produção, transferimos os genes dessas proteínas para a nossa bactéria chave do processo, aquela que degrada a celulose. Como resultado dessa engenharia genética, conseguimos obter uma produção de etanol significativamente elevada", explica Souza.

Quando o hidrogênio deixa de ser vilão

O achado mais relevante do estudo contraria uma suposição antiga da bioquímica microbiana. Por muito tempo, as hidrogenases, enzimas que produzem hidrogênio durante o processo, eram vistas como concorrentes do etanol, já que desviariam elétrons que poderiam ser usados na formação do biocombustível. A pesquisa mostrou o oposto: uma hidrogenase específica, batizada HfsD, é indispensável para que a célula recicle a ferredoxina e produza o cofator necessário à etapa final da reação que gera etanol.

"Identificamos como regular esse metabolismo para que o hidrogênio não seja um vilão, e sim um intermediário da reação", descreve Souza. A hipótese, batizada de balanço redox por ciclagem de hidrogênio, foi apresentada na defesa de doutorado da pesquisadora, na Unicamp, em abril deste ano, e integra as atividades do Advanced Second Generation Biofuel Laboratory, financiado pela Fapesp por meio do programa São Paulo Excellence Chair.

Já o pesquisador Christopher David Herring, da empresa americana Terragia Biofuel, que licenciou a tecnologia, destaca que o modelo desenvolvido preenche uma lacuna de conhecimento que antes limitava avanços na área. "Apresentamos um novo modelo do mecanismo de equilíbrio de hidrogênio e elétrons e demonstramos como ele pode ser utilizado para aprimorar a engenharia de bactérias fermentadoras de biomassa, um avanço que pode gerar um grande impacto econômico ao viabilizar a conversão eficiente de biomassa em combustível", afirma Herring.

Resultados de bancada e próximos passos

Em testes de laboratório, uma das linhagens modificadas, batizada A2G-0053, elevou o rendimento de 59,8% para 88,5% do máximo teórico após a inserção da hidrogenase-chave. "Já testamos outras modificações usando proteínas heterólogas. Em geral, o aumento fica entre 5% e 10%. Esse foi um resultado bem mais expressivo", avalia Bergamo.

Apesar dos números favoráveis, a tecnologia ainda precisa avançar da escala de bancada, testada em frascos, para biorreatores de maior porte, etapa que ficará sob responsabilidade da Terragia Biofuel, empresa que licenciou a invenção. Bergamo pondera que ainda restam desafios a superar, como descobrir até que ponto o próprio etanol produzido pode passar a inibir o desempenho das bactérias modificadas, além de avaliar como essas linhagens se comportariam diante de microrganismos invasores em um ambiente industrial real. A tecnologia foi reconhecida na 19ª edição do Prêmio Inventores da Unicamp, organizado pela Inova Unicamp, na categoria Propriedade Intelectual Licenciada.

Fonte: Jornal da Unicamp / Inova Unicamp — Proteínas de bactérias podem aumentar em até 30% rendimento do etanol de segunda geração

Foto: Luana Walravens Bergamo, pesquisadora do Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG/Unicamp), durante estudos voltados à avaliação da competitividade de linhagens geneticamente modificadas.

Imagem: Portal Aureum

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