Avaliação do potencial biotecnológico de Clostridium thermocellum na produção de etanol celulósico

Entre as estratégias de processo para a produção de etanol de segunda geração, a de Bioprocesso Consolidado (CBP), na qual todas as etapas são realizadas em um único reator por um mesmo microrganismo, representa uma abordagem alternativa com visível potencial e o ponto final na evolução da produção de etanol 2G.

Vários microrganismos anaeróbios celulolíticos vêm sendo explorados visando à produção de etanol e outros produtos químicos a partir de materiais lignocelulósicos através da estratégia de CBP, com especial atenção à bactéria termofílica C. thermocellum. Essa espécie tem a capacidade de produzir enzimas celulolíticas, complexadas em uma estrutura denominada celulossoma, e fermentar açúcares a etanol e outros produtos. Visando explorar o potencial da estratégia de CBP foi estabelecido o objetivo deste trabalho o qual levou à seleção de C. thermocellum para o estudo das suas propriedades de utilização do substrato e formação do produto de interesse.

Inicialmente, foi realizado um amplo estudo sobre a composição dos celulossomas quando a espécie cresce sobre o bagaço de cana pré-tratado para, a seguir, nos dedicarmos à compreensão do desempenho fermentativo da espécie. Através do uso de ferramentas das áreas da genômica e proteômica foram selecionados 15 genes para serem clonados e expressos em E. coli, representando diferentes enzimas do grupo das glicosil hidrolases que se destacaram quando C. thermocellum foi cultivado sobre bagaço pré-tratado.

A aplicação das 15 enzimas produzidas e purificadas, reunidas em um mix denominado DEH, mostrou que estas tiveram uma excelente atividade sobre papel de filtro, chegando a 85% do total de glicose obtido com o preparado comercial usado como padrão de comparação. Porém, não se mostraram muito eficientes na hidrólise do bagaço pré-tratado, com apenas 22,4% dos açúcares obtidos com o preparado comercial. Com relação ao desempenho fermentativo da espécie selecionada verificou-se que a ordem de grandeza das concentrações de etanol obtidas (98,5mM ou 4,5g/L) ainda é muito pequena para justificar o uso da mesma em escala industrial. No entanto, um dos resultados mais interessantes verificados neste estudo foi a possibilidade de usar um resíduo lignocelulósico abundante como o bagaço de cana-de-açúcar sem a necessidade de um pré-tratamento.

Os resultados apontaram que concentração de substrato, tamanho de inóculo, agitação e pressão de hidrogênio são variáveis importantes a serem consideradas, indicando que seria possível melhorar a conversão do substrato em etanol investindo-se na configuração de processo. Faz-se necessário investir também na estratégia de fermentação contínua, com remoção dos produtos formados, e no desenho de biorreatores que permitam a realização do processo sob pressão.

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