Novas estratégias à biorefinaria de lignocelulose aplicando a aldoketo redutase do cupim 'Coptotermes gestroi' e enzimas redox associadas
| Autor: | Tramontina, Robson, 1990 |
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| Přispěvatelé: | Squina, Fabio Marcio, 1976, Polikarpov, Igor, Oliveira, Luciana Gonzaga de, Rocha, Rafael Silva, Basso, Thiago Olitta, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia, Programa de Pós-Graduação em Biociências e Tecnologia de Produtos Bioativos, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS |
| Rok vydání: | 2021 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) instacron:UNICAMP |
| Popis: | Orientador: Fabio Marcio Squina Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: A espécie de cupim "Coptotermes gestroi" é um modelo de degradação da lignocelulose na Terra. Este inseto possui diversas classes de enzimas que podem ser exploradas como novas fontes de catalisadores para a valorização da lignocelulose, visando a produção sustentável de produtos químicos de valor agregado. Portanto, este trabalho está focado na aplicação biotecnológica de enzimas de cupins e enzimas oxidativas relacionadas, em especial uma Aldo-ceto redutase (CgAKR-1) que pode ser aplicada em biorrefinarias lignocelulósicas. O primeiro capítulo descreve descobertas recentes sob a holobiose que caracteriza a alimentação dos cupins. A enzima CgAKR-1 foi descoberta presente na digestômica de C. gestroi, desempenhando um papel na degradação da lignocelulose. Neste estudo, foi evidenciado que coquetéis fúngicos celulolíticos suplementados com CgAKR-1 apresentaram maiores rendimentos na sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar. Além disso, essa enzima também atuou como agente detoxificante contra compostos fenólicos aldeídicos que são inibidores de fermentação encontrados nos hidrolisados lignocelulosicos. No segundo capítulo, desenvolvemos de forma abrangente uma estratégia biocatalítica para a produção do versátil bloco químico coniferol, diretamente do ácido ferúlico presente na biomassa lignocelulósica. Essa estratégia foi desenvolvida inicialmente a partir de uma etapa de hidrólise enzimática, liberando ácido ferúlico do material lignocelulósico por meio da adição de uma feruloil esterase (XynZ). Em seguida, o ácido ferúlico foi duplamente reduzido a coniferol por um processo biocatalítico in vivo usando uma cepa de E. coli, expressando heterólogamente a enzima ácido carboxílico redutase e CgAKR-1. Este sistema representa uma estratégia consolidada de biodegradação-biotransformação para a produção de produtos químicos finos de alto valor a partir de resíduos de biomassa vegetal. Finalmente, no terceiro e quarto capítulos, descrevemos uma revisão da literatura e um artigo de pesquisa que contribuiu para o desenvolvimento de um novo processo de detoxificação enzimática e a aplicação dessa estratégia para a otimização de processos fermentativos. Portanto, CgAKR-1 e outras enzimas redox apresentam um excelente potencial para as biorrefinarias de material lignocelulósico, tanto em processos que visam a um maior rendimento de sacarificação enzimática, fermentação, detoxificação, quanto para a síntese de blocos de construção químicos de alto valor a partir da biomassa vegetal Abstract: The termite species "Coptotermes gestroi" is a model of lignocellulose degradation on earth. This insect has several classes of enzymes that can be explored as new sources of catalysts for the valorization of lignocellulose, aiming for the sustainable production of value-added chemicals. Therefore, this work is focused on the biotechnological application of termite enzymes and related oxidative enzymes, in special an Aldo-keto reductase (CgAKR-1) that can be applied in lignocellulosic biorefineries. The first chapter of this thesis describes recent discoveries in the spotlight of termite biology. The CgAKR-1 was confirmed in C. gestroi digestomics playing a role in lignocellulose degradation. In this study, it was evidenced that fungal cellulolytic cocktails supplemented with CgAKR-1 showed higher yields in the saccharification of sugarcane bagasse. In addition, this enzyme also acted as a detoxifying agent against the phenolic aldehyde inhibitors found in lignocellulose hydrolysates. In the second chapter, we comprehensively developed a biocatalytic strategy for producing the versatile chemical building block, coniferol, directly from ferulic acid present in lignocellulosic biomass. This strategy was initially developed from a step of enzymatic hydrolysis, releasing ferulic acid from the lignocellulosic material by adding a feruloyl esterase (XynZ). Ferulic acid was double reduced to coniferol by an in vivo biocatalytic process using an E. coli strain, expressing the heterologous carboxylic acid reductase and CgAKR-1. This system represents a consolidated biodegradation-biotransformation strategy for producing high-value fine chemicals from waste plant biomass. Finally, in the third and fourth chapters, we describe a literature review and a research article contributing to the development of a novel enzymatic detoxification process and the application of this strategy for the optimization of fermentative processes. Therefore, CgAKR-1 and other redox enzymes present an excellent potential for the biorefineries of lignocellulosic material, both in processes that aim at a higher yield of enzymatic saccharification, fermentation, detoxification, as well as for the synthesis of high-value chemical building blocks from plant biomass Doutorado Fármacos, Medicamentos e Insumos para Saúde Doutor em Biociências e Tecnologia de Produtos Bioativos FAPESP 2016/07926-4; 2017/23754-1 |
| Databáze: | OpenAIRE |
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