O estudo revela novos mecanismos e estratégias para romper polissacarídeos vegetais e gerar subprodutos de interesse, como prebióticos e biocombustíveis
Trabalho do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) com uma família de enzimas encontrada tanto em bactérias como em fungos revelou novas moléculas capazes de degradar e converter alguns polissacarídeos como beta-glucanos em produtos de interesse industrial.
Os polissacarídeos são moléculas onipresentes na natureza servindo como barreira natural para as plantas, fonte de energia para algas e compõem a parede celular de fungos. A desconstrução ou modificação desses polissacarídeos tem grande interesse industrial como na indústria têxtil e de papel, assim como para a geração de biocombustíveis e intermediários químicos renováveis. Atualmente, a utilização desses polissacarídeos em subprodutos de interesse industrial exige o uso de reagentes químicos que geram impactos ambientais ou é realizada por enzimas industriais ainda pouco eficientes.
As moléculas descobertas demonstraram características que poderão ter desdobramentos em aplicações bem conhecidas. As enzimas têm potencial para atuar como conservantes alimentícios, dada sua ação antifúngica. Em nutrição animal, as enzimas poderão atuar como facilitadoras da digestão de matérias ricas em fibras vegetais. Na indústria farmacêutica, as enzimas se mostraram capazes de produzir prebióticos, que são moléculas bioativas que têm sido, inclusive, estudadas para tratamento do câncer.
Testadas em escala laboratorial, as aplicações agora serão testadas e comparadas com os padrões atualmente disponíveis, de modo a verificar sua escalabilidade, ou seja, a possibilidade de se promover uma produção em escala industrial das possibilidades vistas em ambiente controlado.
“É um trabalho inspirado na biodiversidade molecular dos microrganismos. Sabíamos que bactérias e fungos são capazes de processar os β-glucanos, gerando açúcares fermentescíveis e moléculas biologicamente ativas, como prebióticos com ação antitumoral. Focamos em entender como isso acontece na natureza para que possamos projetar a aplicação desse conhecimento em diversos setores, da saúde à geração de biocombustíveis”, explica o Dr. Mario Murakami, coordenador da pesquisa do CNPEM.
Em busca de respostas na natureza
O estudo do CNPEM se concentrou em uma família não convencional e pouco conhecida de enzimas do tipo hidrolases glicosídicas (GH), capazes de processar os polissacarídeos β-1,3-glucanos, carboidrato presente nas algas, bactérias, fungos e plantas.
A família estudada ainda não é utilizada pela indústria, já que sua atividade e seus mecanismos de ação não eram conhecidos, até então. Por meio de técnicas avançadas de biologia molecular e uso de técnicas de luz síncrotron, o trabalho do CNPEM lança uma nova perspectiva para a biotecnologia industrial, pois além de revelar enzimas inéditas, mostra que essa família é capaz de atuar em carboidratos complexos e abundantes em plantas, algas e microrganismos e se ligar a alvos específicos em fungos, apresentando alta ação catalítica capaz de potencializar a obtenção de uma série de moléculas bioativas conversíveis em produtos de uso cotidiano, em versões renováveis.
Encontrando atalhos para o conhecimento
Neste estudo, os cientistas do CNPEM buscaram aprimorar uma abordagem não evolutiva, baseada em de redes de similaridade de sequência, que permitiu por meio da caracterização de apenas 7 membros acessar sistematicamente a diversidade de estratégias moleculares para o processamento de β-1,3-glucanos contida em milhares de membros da família GH128. Nesta abordagem cria-se grupos de até centenas de membros com função semelhante e o estudo de um representante permitiria obter informações suficientes daquele dado grupo.
Essa é a primeira vez que tal estratégia foi aplicada para glicogenômica – área que estuda o potencial genético para atuação em carboidratos – demonstrando sua elegibilidade para acessar a diversidade funcional e mecanística de famílias de enzimas ativas sobre carboidratos (do inglês Carbohydrate-Active Enzymes – CAZymes).
Dentre as principais contribuições do trabalho destacam-se a prova de conceito do uso da rede de similaridade de sequências em glicogenômica, a descoberta de um novo mecanismo de reconhecimento de β-1,3-glucanos que pode ajudar no entendimento da arquitetura da parede celular de fungos, a geração de um conjunto de informações estruturais e funcionais mais completo sobre uma família de enzimas ativas sobre β-1,3-glucanos até o momento e o entendimento dos modos de ação com potencial aplicação industrial, como na produção de β-1,3-glucooligossacarídeos de cadeia longa e agentes antifúngicos.
Artigo publicado na revista Nature Chemical Biology .
O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC). Localizado em Campinas-SP, gerencia quatro Laboratórios Nacionais – referências mundiais e abertos às comunidades científica e empresarial. O Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) está, nesse momento, finalizando a montagem do Sirius, o novo acelerador de elétrons brasileiro; o Laboratório Nacional de Biociências (LNBio) atua na área de biotecnologia com foco na descoberta e desenvolvimento de novos fármacos; o Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) pesquisa soluções biotecnológicas para o desenvolvimento sustentável de biocombustíveis avançados, bioquímicos e biomateriais, empregando a biomassa e a biodiversidade brasileira; e o Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) realiza pesquisas científicas e desenvolvimentos tecnológicos em busca de soluções baseadas em nanotecnologia. Os quatro Laboratórios têm, ainda, projetos próprios de pesquisa e participam da agenda transversal de investigação coordenada pelo CNPEM, que articula instalações e competências científicas em torno de temas estratégicos.
O Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) integra o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organização social qualificada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia Inovação e Comunicações (MCTIC). O LNBR busca resolver desafios relevantes para o País por meio de soluções biotecnológicas que promovam o desenvolvimento sustentável de biocombustíveis avançados, bioquímicos e biomateriais. O Laboratório possui diversas Instalações Abertas a Usuários, incluindo a Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos, estrutura singular no país para escalonamento de tecnologias.
