Nova enzima capaz de quebrar a celulose deverá revolucionar a produção de biocombustíveis

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A desconstrução da celulose é fundamental para a conversão de biomassa em combustíveis e produtos químicos. Mas a celulose, o polímero renovável mais abundante do planeta, é extremamente recalcitrante à despolimerização biológica. Embora composta inteiramente por unidades de glicose, sua estrutura microfibrilar cristalina, juntamente com sua associação com lignina e hemiceluloses nas paredes celulares vegetais, a torna altamente resistente à degradação. Como resultado, sua quebra na natureza é lenta e demanda sistemas enzimáticos complexos. A desconstrução da celulose, que, entre outros resultados, pode possibilitar um aumento significativo na produção de etanol a partir da cana-de-açúcar, tem sido há décadas um enorme desafio tecnológico.

Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em parceria com colegas de outras instituições do país e do exterior, acabam de obter uma enzima que pode literalmente revolucionar o processo de desconstrução da celulose, viabilizando, entre outras aplicações tecnológicas, a produção em larga escala do chamado etanol de segunda geração, derivado de resíduos agroindustriais, como o bagaço da cana e a palha do milho. O estudo foi publicado hoje (12/02) na revista Nature.

“Identificamos uma metaloenzima que melhora a conversão da celulose por meio de um mecanismo até então desconhecido de ligação ao substrato e clivagem oxidativa. Essa descoberta estabelece uma nova fronteira na bioquímica redox para a despolimerização de biomassa vegetal, com implicações amplas em biotecnologia”, conta à Agência FAPESP Mário Murakami, líder do grupo de pesquisa em biocatálise e biologia sintética do CNPEM e coordenador do estudo.

A enzima recém-descoberta foi nomeada CelOCE, a partir da expressão em inglês Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme. Ela cliva a celulose por meio de um mecanismo inédito, possibilitando que outras enzimas presentes no coquetel enzimático prossigam o trabalho, convertendo os fragmentos em açúcar. “Para usar uma comparação, a recalcitrância da estrutura cristalina da celulose decorre como que de um conjunto de cadeados, que as enzimas clássicas não conseguem abrir. A CelOCE abre esses cadeados, permitindo que outras enzimas façam a conversão. Seu papel não é gerar o produto final, mas tornar a celulose acessível. Ocorre uma sinergia, a potencialização da atuação de outras enzimas pela ação da CelOCE”, comenta Murakami.

Quebra de paradigma

O pesquisador informa que, cerca de duas décadas atrás, a adição das mono-oxigenases ao coquetel enzimático constituiu uma primeira revolução. Essas enzimas oxidam diretamente as ligações glicosídicas da celulose, facilitando a ação de outras enzimas. Foi a primeira vez que se utilizou a bioquímica redox como estratégia microbiana para superar a recalcitrância da biomassa da celulose. E isso definiu um paradigma. Tudo que se descobriu no período foi baseado nas mono-oxigenases. Agora, pela primeira vez, esse paradigma foi quebrado, com a descoberta da CelOCE, que não é uma mono-oxigenase, e propicia um resultado muito mais expressivo.

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“Se acrescentamos uma mono-oxigenase ao coquetel enzimático, o incremento é de X. Se acrescentamos a CelOCE, obtemos 2X: duas vezes mais. Modificamos o paradigma de desconstrução da celulose pela via microbiana. Achávamos que as mono-oxigenases eram a única solução redox da natureza para lidar com a recalcitrância da celulose. Mas descobrimos que a natureza havia encontrado também outra estratégia, ainda melhor, baseada em um arcabouço estrutural minimalista que permite seu redesenho para outras aplicações, como a biorremediação ambiental”, afirma Murakami.

O pesquisador explica que a CelOCE reconhece a extremidade da fibra de celulose, instala-se nela e a cliva de forma oxidativa. Ao fazê-lo, ela perturba a estabilidade da estrutura cristalina, tornando-a mais acessível para a ação das enzimas clássicas, as hidrolases glicosídicas. Um dado muito relevante é que a CelOCE é um dímero, composto por duas subunidades idênticas. Enquanto uma subunidade se encontra “sentada” sobre a celulose, a outra fica livre, podendo desempenhar uma atividade secundária de oxidase, gerando o cossubstrato necessário para a reação biocatalítica.

“Isso é realmente muito inovador, porque as mono-oxigenases dependem de uma fonte de peróxidos externa, enquanto a CelOCE produz seu próprio peróxido. Ela é autossuficiente, uma máquina catalítica completa. Sua organização estrutural quaternária possibilita que o sítio que não está engajado sobre a celulose atue como seu gerador de peróxido. Trata-se de uma enorme vantagem, porque o peróxido é um radical altamente reativo. Ele reage com muitas coisas. É muito difícil de ser controlado. Por isso, em escala industrial, adicionar peróxidos ao processo configura um grande desafio tecnológico. Com a CelOCE, o problema é eliminado. Ela produz in situ o peróxido de que necessita”, sublinha Murakami.

A CelOCE é uma metaloenzima: esta é sua classificação exata, porque possui um átomo de cobre embutido em sua estrutura molecular que atua como o centro catalítico propriamente dito. Ela não foi criada em laboratório, mas descoberta na natureza. Porém, para chegar a ela, os pesquisadores tiveram de mobilizar uma quantidade formidável de ciência e equipamentos.

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“Partimos de amostras de solo coberto com bagaço de cana, mantido por décadas em uma área adjacente a uma biorrefinaria no Estado de São Paulo. Nessas amostras, identificamos uma comunidade microbiana altamente especializada na degradação de biomassa vegetal usando uma abordagem multidisciplinar que incluiu metagenômica, proteômica, enzimologia de carboidratos por métodos cromatográficos, colorimétricos e de espectrometria de massa, difração de raios X baseada em síncrotrons de quarta geração, espectroscopias de fluorescência e absorção, mutagênese dirigida por sítio, engenharia genética de fungos filamentosos por CRISPR/Cas e experimentos em biorreatores de planta-piloto de 65 litros e 300 litros. Fomos da prospecção da biodiversidade à elucidação do mecanismo e chegamos à escala industrialmente relevante em planta-piloto com possibilidade de aplicação imediata no mundo real”, conta Murakami.

O pesquisador enfatiza que este não foi um resultado de bancada de laboratório, que ainda precisa passar por muitas validações antes de chegar à utilização industrial. A prova de conceito em escala-piloto já foi demonstrada e a enzima recém-descoberta pode ser incorporada imediatamente ao processo produtivo – o que é extremamente relevante para o Brasil, como grande produtor de biocombustíveis, e para o mundo, em um contexto de transição energética urgente em função da crise climática.

O Brasil possui as duas únicas biorrefinarias existentes no mundo capazes de produzir, em escala comercial, biocombustíveis a partir da celulose. A tendência é que essas biorrefinarias se multipliquem aqui e sejam replicadas em outros países. Um dos maiores desafios, até agora, era a desconstrução da biomassa de celulose: como quebrar esse material e convertê-lo em açúcar. A CelOCE deverá aumentar expressivamente a eficiência do processo. “Atualmente, a eficiência está na faixa de 60%, 70%, podendo chegar, em alguns casos, a 80%. Isso significa que muita coisa ainda não é aproveitada. Qualquer aumento de rendimento significa muito, porque estamos falando em centenas de milhões de toneladas de resíduos sendo convertidas”, argumenta Murakami. E acrescenta que não se trata apenas de aumentar a produção de etanol veicular, mas de outros produtos também, como, por exemplo, biocombustível para aviação.

O artigo A metagenomic ‘dark matter’ enzyme catalyses oxidative cellulose conversion

Fonte: Agência FAPESP

Fonte: Portal do Agronegócio

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Perspectivas para a Safra de Trigo 2025 em São Paulo: Desafios e Oportunidades no Setor

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A primeira reunião de 2025 da Câmara Setorial do Trigo de São Paulo, promovida pelo Sindicato da Indústria do Trigo no Estado de São Paulo (Sindustrigo), aconteceu na quinta-feira, 13 de março, na Cooperativa Capão Bonito, localizada em Capão Bonito (SP). O evento, realizado de forma híbrida, abordou os desafios enfrentados pelo setor, as perspectivas para as safras de 2024/2025 e 2025/2026, além de analisar o mercado internacional do grão.

Para a safra de trigo de 2025, a previsão é de estabilidade na área cultivada, apesar de alguns indícios de redução em algumas cooperativas devido à migração de produtores para outras culturas, como sorgo e milho, motivada pelos custos de produção. No entanto, o trigo continua sendo uma opção atraente para os agricultores paulistas, impulsionado pela forte demanda das indústrias moageiras e pela rapidez na comercialização do grão. O vice-presidente da Câmara Setorial do Trigo, José Reinaldo Oliveira, afirmou: “Existem várias alternativas de cultivo, mas o trigo segue competitivo, pois a demanda permanece constante e o estoque disponível para os moinhos é baixo.”

Embora fatores climáticos ainda apresentem incertezas, Oliveira demonstrou otimismo quanto à produtividade da próxima safra. “Se as condições climáticas forem favoráveis, com chuvas regulares e temperaturas adequadas, podemos alcançar níveis de produção semelhantes aos de anos anteriores. O trigo continua sendo uma opção viável, oferecendo segurança econômica ao produtor”, afirmou.

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O presidente da Câmara Setorial do Trigo, Nelson Montagna, que participou remotamente, reforçou a importância da expansão da produção estadual. “Há mercado e demanda para o trigo paulista. Precisamos focar na qualidade e no crescimento do setor, que enfrentará altos e baixos, mas a tendência é de progresso”, resumiu Montagna.

Impactos Globais: Guerra e Competitividade no Mercado Internacional

O analista de mercado de trigo da Safras & Mercado, Élcio Bento, abordou o cenário internacional, destacando como os fatores globais influenciam diretamente os preços no Brasil. “O Brasil está atrelado ao mercado argentino, que é influenciado pelas flutuações das bolsas norte-americanas”, comparou Bento. Ele ainda ressaltou que a guerra comercial entre China e Estados Unidos, que em 2018 reduziu drasticamente as exportações de trigo americano para o mercado chinês, pode criar novas oportunidades para o trigo argentino. “Caso os EUA enfrentem restrições, o trigo argentino pode ganhar espaço na China”, explicou Bento.

Outro ponto importante levantado foi o impacto da guerra na Ucrânia, que tem afetado o fluxo de trigo pelo Mar Negro. Bento prevê que, no curto prazo, a normalização desse fluxo poderia aliviar a pressão sobre os preços globais, embora o impacto para a safra de 2025 seja limitado. Ele ainda destacou a crescente competitividade do trigo argentino em relação ao produto americano, apontando que, para atender à demanda paulista, o estado precisará importar o grão.

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Atualizações sobre o Cenário Paulista: Desafios e Inovações no Setor

Raquel Nakazato Pinotti, pesquisadora científica da APTA e assessora de pesquisa da Secretaria de Agricultura e Abastecimento de São Paulo (SAA), representou o coordenador das Câmaras Setoriais da SAA, José Carlos de Faria Cardoso Júnior. Ela enfatizou a necessidade de uma proposta tributária que considere as especificidades do trigo paulista, sem depender de mandatos políticos. “É essencial criar uma política tributária que apoie a produção e garanta que o produtor tenha as condições necessárias para avançar”, afirmou.

A reunião também abordou o panorama atual do plantio no estado, com as maiores cooperativas paulistas compartilhando suas projeções de produção de trigo. Além disso, foram apresentados estudos sobre novas cultivares e alternativas para mitigar problemas fitossanitários. A APTA trouxe um estudo sobre o uso do Tereoil, um composto de terebintina para desinfecção de fungos contaminantes. A Biotrigo Genética, por sua vez, apresentou um panorama sobre o desempenho das principais variedades cultivadas em São Paulo.

O setor segue com desafios a serem superados, mas as perspectivas para o trigo paulista permanecem positivas, com foco na qualidade e na sustentabilidade da produção.

Fonte: Portal do Agronegócio

Fonte: Portal do Agronegócio

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