Publicação
Resveratrol de novo biosynthesis from lignocellulosic biomass: metabolic engineering of thermotolerant robust yeast strains for an integrated and intensified process
| Resumo: | Microrganismos robustos são essenciais para desenvolver processos sustentáveis e industrialmente atrativos. A levedura Saccharomyces cerevisiae é amplamente utilizada como fábrica celular para produzir biocombustíveis e outros bioprodutos de alto valor, sendo as estirpes industriais conhecidas pela sua elevada capacidade fermentativa e aptidão para lidar com condições adversas (p.e. altas temperaturas, baixo pH). O resveratrol é um composto polifenólico antioxidante, geralmente extraído de plantas ou sintetizado quimicamente, processos considerados complexos e não sustentáveis. A sua biossíntese pode ser uma alternativa valiosa para compensar estes inconvenientes, embora seja geralmente obtida à custa de substratos dispendiosos como o ácido p-cumárico. A produção de novo de resveratrol a partir de fontes de carbono pode, portanto, ser crucial para ultrapassar estes obstáculos. Nesta tese, várias estirpes industriais de S. cerevisiae foram geneticamente modificadas através de CRISPR/Cas9 com uma via biossintética de resveratrol (VBR). Após avaliação das estirpes recombinantes em fermentação até 39 ⁰C, a estirpe mais termotolerante (Ethanol Red) foi aplicada na produção de resveratrol por Sacarificação e Fermentação Simultâneas de madeira de eucalipto pré-tratada hidrotermicamente, sendo obtida uma concentração de 152 mg/L. Depois, a utilização de lactose foi viabilizada pela expressão heteróloga de uma permease de lactose e de uma β-galactosidase. A estirpe resultante metabolizou eficientemente altas concentrações de lactose e, após a otimização das condições de oxigenação, foi atingido um título de 284 mg/L de resveratrol. Esta estirpe foi igualmente capaz de produzir resveratrol a partir de soro de queijo. A VBR foi também expressa numa estirpe Ethanol Red que metaboliza xilose, com os genes da fase não-oxidativa da via das pentoses fosfato sobre-expressos, melhorando o fornecimento de precursores da VBR. Após otimização da atividade do citocromo P450 e da suplementação do meio, esta estirpe produziu 224 mg/L de resveratrol a partir da xilose. A cofermentação simultânea de glucose e xilose levou a um título de resveratrol de 388 mg/L, 1,35 vezes maior do que em glucose para a mesma molaridade total de carbono. Esta estirpe foi utilizada para a produção de resveratrol na valorização de resíduos da indústria vinícola como o resíduo de poda da vinha (glucose/xilose), o mosto de uva (glucose/frutose) e as borras de vinho (etanol). Os resultados aqui apresentados contribuem para alargar a aplicação do conceito de biorrefinaria, baseada em resíduos agroindustriais, na produção de compostos-alvo de maior valor, destacando o papel da S. cerevisiae no desenvolvimento de bioprocessos mais ecológicos, seguindo o conceito de bioeconomia circular. |
|---|---|
| Autores principais: | Costa, Carlos E. |
| Assunto: | Biomassa lignocelulósica Biorrefinaria CRISPR/Cas9 Levedura Resveratrol Biorefinery Lignocellulosic biomass Yeast |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Microrganismos robustos são essenciais para desenvolver processos sustentáveis e industrialmente atrativos. A levedura Saccharomyces cerevisiae é amplamente utilizada como fábrica celular para produzir biocombustíveis e outros bioprodutos de alto valor, sendo as estirpes industriais conhecidas pela sua elevada capacidade fermentativa e aptidão para lidar com condições adversas (p.e. altas temperaturas, baixo pH). O resveratrol é um composto polifenólico antioxidante, geralmente extraído de plantas ou sintetizado quimicamente, processos considerados complexos e não sustentáveis. A sua biossíntese pode ser uma alternativa valiosa para compensar estes inconvenientes, embora seja geralmente obtida à custa de substratos dispendiosos como o ácido p-cumárico. A produção de novo de resveratrol a partir de fontes de carbono pode, portanto, ser crucial para ultrapassar estes obstáculos. Nesta tese, várias estirpes industriais de S. cerevisiae foram geneticamente modificadas através de CRISPR/Cas9 com uma via biossintética de resveratrol (VBR). Após avaliação das estirpes recombinantes em fermentação até 39 ⁰C, a estirpe mais termotolerante (Ethanol Red) foi aplicada na produção de resveratrol por Sacarificação e Fermentação Simultâneas de madeira de eucalipto pré-tratada hidrotermicamente, sendo obtida uma concentração de 152 mg/L. Depois, a utilização de lactose foi viabilizada pela expressão heteróloga de uma permease de lactose e de uma β-galactosidase. A estirpe resultante metabolizou eficientemente altas concentrações de lactose e, após a otimização das condições de oxigenação, foi atingido um título de 284 mg/L de resveratrol. Esta estirpe foi igualmente capaz de produzir resveratrol a partir de soro de queijo. A VBR foi também expressa numa estirpe Ethanol Red que metaboliza xilose, com os genes da fase não-oxidativa da via das pentoses fosfato sobre-expressos, melhorando o fornecimento de precursores da VBR. Após otimização da atividade do citocromo P450 e da suplementação do meio, esta estirpe produziu 224 mg/L de resveratrol a partir da xilose. A cofermentação simultânea de glucose e xilose levou a um título de resveratrol de 388 mg/L, 1,35 vezes maior do que em glucose para a mesma molaridade total de carbono. Esta estirpe foi utilizada para a produção de resveratrol na valorização de resíduos da indústria vinícola como o resíduo de poda da vinha (glucose/xilose), o mosto de uva (glucose/frutose) e as borras de vinho (etanol). Os resultados aqui apresentados contribuem para alargar a aplicação do conceito de biorrefinaria, baseada em resíduos agroindustriais, na produção de compostos-alvo de maior valor, destacando o papel da S. cerevisiae no desenvolvimento de bioprocessos mais ecológicos, seguindo o conceito de bioeconomia circular. |
|---|