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

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.
“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.
“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


Agronegócio
Preços do Frango Vivo Demonstram Estabilidade, mas Custos de Produção Geram Preocupações

O mercado brasileiro de frango registrou uma semana de preços estáveis para o quilo do frango vivo e para os cortes no atacado. Segundo Allan Maia, analista da Safras & Mercado, a oferta equilibrada em relação à demanda tem sido um fator determinante para a manutenção dos preços, embora os custos de produção, que apresentam uma tendência de alta, comecem a gerar preocupações entre os produtores.
Maia destaca que o consumo de frango segue apresentando um bom desempenho, impulsionado pela atratividade dos cortes em relação a outras proteínas, como a carne bovina. A expectativa é de que esse cenário de estabilidade se mantenha nas próximas semanas. Além disso, o bom desempenho das exportações tem ajudado a reduzir a oferta no mercado doméstico, o que favorece a formação de preços mais equilibrados.
Preços Internos de Frango
De acordo com levantamento realizado pela Safras & Mercado, os preços dos cortes congelados de frango no atacado de São Paulo apresentaram variações ao longo da semana. O quilo do peito manteve-se estável em R$ 11,00, enquanto o quilo da coxa teve um pequeno aumento, passando de R$ 8,20 para R$ 8,30. Por outro lado, o preço do quilo da asa recuou de R$ 12,50 para R$ 12,10. Na distribuição, o preço do peito permaneceu em R$ 11,25, enquanto o quilo da coxa subiu para R$ 8,50 e o da asa caiu para R$ 12,30.
Nos cortes resfriados, também foram observadas mudanças nas cotações. No atacado, o preço do peito se manteve em R$ 11,10, enquanto o preço da coxa aumentou de R$ 8,30 para R$ 8,40, e o preço da asa caiu de R$ 12,60 para R$ 12,20. Na distribuição, o preço do peito permaneceu em R$ 11,35, enquanto o preço da coxa subiu para R$ 8,60 e o da asa diminuiu para R$ 12,40.
O levantamento semanal realizado pela Safras & Mercado nas principais praças de comercialização do Brasil revelou que, em Minas Gerais, o quilo vivo ficou em R$ 5,55, enquanto em São Paulo o valor se manteve em R$ 5,60. Em outras regiões, como Santa Catarina e Paraná, os preços continuaram em R$ 4,35 e R$ 4,30, respectivamente, com os maiores valores observados em Pernambuco (R$ 7,25), Ceará (R$ 7,50) e Pará (R$ 8,00).
Exportações
As exportações brasileiras de carne de aves e suas miudezas comestíveis, frescas, refrigeradas ou congeladas, totalizaram US$ 237,071 milhões em março, durante três dias úteis, com uma média diária de US$ 79,023 milhões. A quantidade exportada foi de 131,247 mil toneladas, com uma média diária de 43,749 mil toneladas. O preço médio da tonelada foi de US$ 1.806,3.
Em comparação com o mesmo período de 2024, os dados indicam um avanço de 129,8% no valor médio diário, um aumento de 123,9% na quantidade média diária e uma elevação de 2,6% no preço médio. Esses números foram divulgados pela Secretaria de Comércio Exterior e reforçam a boa performance do setor no mercado internacional.
Fonte: Portal do Agronegócio
Fonte: Portal do Agronegócio
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