Uma nova linhagem geneticamente alterada de fermento demonstrou, em circunstâncias similares às industriais, potencial para aprimorar em até 60% a produção de etanol de segunda geração (2G) no Brasil, sem a necessidade de expandir a área cultivada de cana-de-açúcar.
De acordo com os dados divulgados na revista Scientific Reports, a novidade também pode diminuir parte dos gastos da indústria.
A análise foi conduzida por pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) e colaboradores, com suporte da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
A plantação de cana-de-açúcar e seu processamento agroindustrial geram anualmente milhões de toneladas de biomassa lignocelulósica, resíduo de substância orgânica formado por lignina, celulose e hemicelulose.
Atualmente destinada apenas à queima para a obtenção de energia elétrica, essa biomassa também pode servir de matéria-prima para a fabricação do etanol 2G, considerado um dos combustíveis com menor pegada de carbono do planeta justamente por fazer uso de sobras do processo de fabricação do etanol comum e do açúcar.
Entretanto, existe um entrave para a utilização da biomassa lignocelulósica: por se tratar de um açúcar composto, ela não é naturalmente metabolizada pelo microrganismo utilizado na produção tradicional de etanol, o fermento Saccharomyces cerevisiae.
No decorrer da produção do combustível 2G, é crucial efetuar uma etapa extra de pré-tratamento, com elevadas temperaturas e pressões altas, e uma etapa de hidrólise, com enzimas que decompõem os açúcares e os tornam disponíveis para a fermentação. Somente assim é possível a conversão em etanol.
No estudo recentemente publicado, os pesquisadores utilizaram sequências gênicas de enzimas localizadas em outros fungos para construir uma nova versão do fermento, capaz de transportar e degradar internamente componentes da hemicelulose (oligossacarídeos) que constituem a biomassa lignocelulósica. Posteriormente, os genes foram inseridos em S. cerevisiae, originando assim uma nova linhagem.
Desenvolvida em colaboração com pesquisadores das universidades Estadual de Campinas (Unicamp), de Illinois (Estados Unidos) e de Bath (Reino Unido) e testada em um ambiente próximo ao real (industrial), a nova levedura apresenta ainda outras modificações significativas.
Ao substituir certos genes, é capaz de metabolizar ácido acético, subproduto da digestão da hemicelulose geralmente não consumido pelos fermentos, tóxico e que prejudica o processo de fermentação.
“Empregamos a engenharia metabólica para conceder à levedura a habilidade de ser autossuficiente em processos para os quais naturalmente não seria”, explica Dielle Pierotti Procópio, pesquisadora do Instituto de Química (IQ) da USP e principal autora do estudo.
A linhagem mutante produziu 60% mais etanol e 12% menos xilitol (gerado a partir da xilose) do que a linhagem controle.
Economicamente e ambientalmente correta
O diferencial da nova levedura é sua capacidade de elevar a produção do etanol de segunda geração sem requerer a ampliação da área plantada de cana-de-açúcar.
Além disso, por ser capaz de metabolizar açúcares complexos, a biomassa não necessita passar por tratamentos químicos rigorosos – esse tipo de procedimento geralmente exige condições específicas de temperatura e pressão, consumindo mais energia e gerando uma quantidade considerável de subprodutos prejudiciais ao meio ambiente.
Outra vantagem é a redução de custos para a indústria. “Normalmente, os fabricantes precisam adquirir enzimas que degradam açúcares complexos, o que encarece consideravelmente o processo – é um gasto suplementar que não existe na produção do combustível tradicional”, explica Thiago Olitta Basso, professor do Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica (Poli) da USP e coordenador do estudo.
“Ademais, condições mais amenas de pré-tratamento resultam na diminuição da produção de certas substâncias tóxicas, o que viabiliza uma fermentação mais eficiente do etanol de segunda geração e contribui ainda mais para o rendimento”, complementa Basso.
De acordo com os pesquisadores, futuras pesquisas podem explorar também o potencial dessa nova levedura para controlar bactérias contaminantes, normalmente bactérias lácticas, que prejudicam o rendimento, visto que tais açúcares complexos não são metabolizados por tais contaminantes. Isso reduziria o impacto ambiental do uso de antibióticos na indústria.
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