Em um avanço potencialmente significativo para a bioeconomia, pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison demonstraram a capacidade de bactérias geneticamente modificadas de produzir dois produtos químicos valiosos de forma simultânea a partir de fibras vegetais subutilizadas. Essa descoberta, publicada no periódico “Applied and Environmental Microbiology”, destaca não apenas a habilidade multitarefa desses micro-organismos, mas também oferece novas perspectivas para tornar os biocombustíveis mais sustentáveis e economicamente viáveis.
Contexto Científico: Micro-organismos, incluindo leveduras e bactérias, são essenciais na conversão de açúcares de plantas em biocombustíveis e compostos químicos que geralmente são derivados de combustíveis fósseis. A equipe liderada por Tim Donohue, professor de bacteriologia na UW-Madison e diretor do Great Lakes Bioenergy Research Center, focou em uma cepa bacteriana conhecida como Novosphingobium aromaticivorans (Novo). Esta cepa é notável por sua habilidade de digerir muitos componentes da lignina, a parte mais complexa da parede celular vegetal e a fonte mais abundante de carbonos aromáticos renováveis.
Desafio da Lignina: Lignina é um componente crítico para a indústria de biocombustíveis, pois sua estrutura irregular e complexa representa um grande desafio na conversão eficiente em produtos úteis. Em 2019, a equipe de Donohue conseguiu modificar geneticamente o Novo para produzir um ingrediente plástico conhecido como PDC. Posteriormente, eles também conseguiram que a Novo produzisse um outro ingrediente plástico, ccMA.
Avanços Recentes: A pesquisa avançou para a produção de carotenoides, pigmentos orgânicos com alto valor de mercado, utilizados em suplementos nutricionais, farmacêuticos e cosméticos. A equipe identificou que a Novo poderia produzir um carotenoide de menor valor de mercado. Com modificações genéticas adicionais, eles conseguiram produzir zeaxantina, um carotenoide mais valioso. Além disso, eles demonstraram a produção de outros carotenoides valiosos como beta-caroteno, licopeno e astaxantina a partir de compostos aromáticos comuns na lignina.
Método de Produção: Os pesquisadores conseguiram combinar as alterações genéticas necessárias para produzir PDC e carotenoides na mesma bactéria. Esta abordagem de “um pote, dois produtos” resultou em cepas que produziram ambos os compostos sem perda significativa de rendimento. Essa descoberta é notável, pois a acumulação de carotenoides ocorre dentro das células bacterianas, enquanto o PDC é secretado no meio de crescimento, facilitando a separação dos produtos.
Potencial de Aplicação Industrial: A equipe está agora focada em testar se as cepas modificadas podem produzir simultaneamente carotenoides e ccMA, e em aprimorar as cepas para condições industriais. Este estudo não apenas abre mercados lucrativos para cada produto, mas também destaca a capacidade de adicionar múltiplas funções a esta plataforma biológica. A flexibilidade e eficiência do processo têm implicações significativas para a economia circular e para a sustentabilidade na produção de biocombustíveis e produtos químicos.
Impacto Ambiental e Econômico: Esta inovação tem o potencial de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, oferecendo uma alternativa mais sustentável e eficiente aos métodos tradicionais. A habilidade de produzir múltiplos produtos de alto valor a partir de uma única fonte de biomassa pode diminuir significativamente os custos de produção, tornando os biocombustíveis e bioquímicos mais acessíveis e competitivos no mercado.
Conclusões e Perspectivas Futuras: A pesquisa da UW-Madison é um marco na bioeconomia, demonstrando como a engenharia genética pode ser aplicada para otimizar a utilização de recursos renováveis. Ao explorar o potencial das bactérias para realizar tarefas múltiplas, esta descoberta abre caminhos para novas pesquisas e aplicações industriais, reforçando o papel da bioeconomia na oferta de soluções sustentáveis e no avanço da tecnologia ambiental.
B. W. Hall, W. S. Kontur, J. C. Neri, D. M. Gille, D. R. Noguera, T. J. Donohue, “Production of carotenoids from aromatics and pretreated lignocellulosic biomass by Novosphingobium aromaticivorans,” Applied and Environmental Microbiology, vol. 89, no. 12, Dec. 2023. [Online]. Available: https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.01268-23. [Accessed: Jan. 1, 2024].