Fermentação de xilose e celobiose por leveduras isoladas da biodiversidade brasileira

Abstract

A producao de alcool combustivel tem adquirido importancia nos ultimos anos devido ao futuro esgotamento das reservas de combustiveis fosseis, ao impacto ambiental pela emissao de poluentes que estes combustiveis apresentam, alem da necessidade de uma fonte de energia renovavel. Uma atrativa fonte de materia prima para a obtencao de etanol e a biomassa lignocelulosica, composta de lignina, celulose e hemicelulose. No caso do Brasil o bagaco da cana de acucar constitui uma interessante fonte de celulose e hemicelulose, polimeros que podem ser utilizados nos processos fermentativos para a producao de alcool combustivel. Embora a levedura industrial Saccharomyces cerevisiae fermente eficientemente hexoses, essa levedura e incapaz de fermentar com eficiencia pentoses como a xilose (presente nos hidrolisados de hemicelulose) ou o dissacarideo celobiose (presente nos hidrolisados de celulose). Desta forma, no presente trabalho analisamos a fermentacao de xilose e celobiose por varias leveduras de madeira em decomposicao isoladas da biodiversidade Brasileira. Nossos resultados mostraram varios padroes de fermentacao de xilose e glicose pelas leveduras, sendo que linhagens do clado Spathaspora, particularmente S. passalidarum, fermentam eficientemente a xilose. A analise das enzimas envolvidas na fermentacao de xilose (xilose redutase, xilitol desidrogenase e xiluloquinase) revelou que S. passalidarum nao so possui alta atividade destas enzimas, mas sua xilose redutase apresentou atividade nao so com NADPH, mas tambem com o cofator NADH. A analise de outra especie fermentadora de xilose, S. arborariae, revelou a presenca de um sistema de cotransporte H+-xilose de baixa afinidade e alta capacidade. Uma nova especie de levedura, Candida queroiziae, mostrou-se tambem boa fermentadora de celobiose gracas a um sistema de cotransporte H+-celobiose de alta afinidade, e uma enzima B-glicosidase intracelular. As leveduras fermentadoras de xilose e celobiose caracterizadas no presente trabalho poderao ser uma interessante fonte de novas enzimas e/ou transportadores (e seus respectivos genes), com caracteristicas mais apropriadas para a metabolizacao destes acucares, que poderao ser expressos nas leveduras industriais visando a otimizacao da producao de bioetanol.<br>

Abstract : The production of fuel alcohol has become important in recent years due to the future depletion of fossil fuels stocks, the environmental impact of pollutant emissions that these fuels have, besides the necessity for a renewable energy source. An attractive source of raw material for ethanol production is the lignocellulosic biomass, composed of lignin, cellulose and hemicellulose. In the case of Brazil the sugarcane bagasse is an interesting source of cellulose and hemicellulose, polymers that can be used in the fermentative process for fuel alcohol production. Although the industrial yeast Saccharomyces cerevisiae efficiently ferments hexoses, this yeast is unable to efficiently ferment pentoses such as xylose (present in hemicellulose hydrolysates) or the disaccharide cellobiose (present in cellulose hydrolysates). Thus, in this work we analyzed the fermentation of xylose and cellobiose by several yeasts of rotten wood isolated from the Brazilian biodiversity. Our results showed several patterns of xylose and glucose fermentation by the yeasts, and strains from the Spathaspora clade, particularly S. passalidarum, ferment xylose efficiently. Analysis of the enzymes involved in xylose fermentation (xylose reductase, xylitol dehidrogenase and xylulokinase) revealed that S. passalidarum had not only high activity of these enzymes, but its xylose reductase has significant activity not only with NADPH, but also with the NADH cofactor. Analysis of another xylose fermenting yeast, S. arborariae, revealed the presence of a H+-xylose cotransport system with low affinity and high capacity. A new species of yeast, Candida queiroziae, also showed to be good cellobiose fermenting thanks to a high affinity H+-cellobiose cotransport system, and an intracellular â-glucosidase enzyme. The xylose and cellobiose fermenting yeasts characterized in this work may constitute an interesting source of enzymes and/or transporters (and their corresponding genes), with more appropriate characteristics for the metabolism of these sugars, that may the expressed in industrial yeasts aimed at optimizing bioethanol production.