Um estudo do CNPEM revelou um novo biocatalisador que permite o uso de diferentes fontes renováveis, como biomassa lignocelulósica e oleaginosa para a produção de hidrocarbonetos renováveis, importantes precursores para intermediários químicos e biocombustíveis para transporte de longa distância
Um estudo publicado na revistada Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) revela a descoberta de uma nova enzima, denominada “OleTPRN”, promissora para uso em processos industriais que buscam substituir o petróleo por matérias-primas de origem vegetal na fabricação de biocombustíveis para transportes longos distância (aviação, marítima e terrestre), e para a síntese de bioplásticos, biopolímeros, bioresinas e biossolventes.
A enzima “OleTPRN” é capaz de converter ácidos graxos em alcenos (olefinas), um importante intermediário químico que responde por aproximadamente 70% do setor petroquímico, com potencial de impacto em diversas áreas industriais como alimentícia, cosmética e farmacêutica.
A enzima identificada por pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), órgão tutelado pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), abre um leque de oportunidades para sua compatibilidade com microrganismos de relevância industrial e para possibilitando o uso de uma ampla gama de matérias-primas, como as ricas em ácido oleico, um dos ácidos graxos mais abundantes na natureza.
Vale ressaltar que essa descoberta representa um novo paradigma na produção biológica de hidrocarbonetos, pois os sistemas enzimáticos existentes são inibidos pelo ácido oleico, além de exigirem condições funcionais incompatíveis com os microorganismos tipicamente utilizados na biotecnologia industrial.
“Neste trabalho, utilizamos uma abordagem interdisciplinar desde o estudo genômico de bactérias produtoras de hidrocarbonetos até abordagens em nível atômico usando síncrotron e supercomputadores brasileiros para elucidar um novo mecanismo biocatalítico para a produção de hidrocarbonetos de diferentes tamanhos de cadeia, uma das maiores classes de moléculas precursoras de biocombustíveis e produtos químicos”, destaca Letícia Zanphorlin, coordenadora da pesquisa.
Desafio “Drop in”
A enzima “OleTPRN” descoberta no CNPEM mostrou-se promissora para o desenvolvimento de biocombustíveis e bioprodutos “drop-in”, como são chamados aqueles com composição química e características físicas semelhantes aos derivados de petróleo, podendo ser utilizada diretamente, sem necessidade de adaptação de máquinas e infra-estrutura existente.
“Um dos grandes desafios para a produção de combustíveis de aviação drop-in é a oxigenação. Este setor requer moléculas não oxigenadas na composição do combustível. Por isso os biocombustíveis que temos hoje, como o etanol e o biodiesel, não podem ser usados na aviação, por exemplo. A enzima descoberta pelo CNPEM é capaz de desoxigenar matérias-primas por meio de uma reação de descarboxilação, produzindo hidrocarbonetos, o que contribuiria para solucionar esse problema”, explica o pesquisador.
Sírius
Para entender como essa nova enzima funciona, foi preciso combinar a luz síncrotron de última geração produzida no Sirius e no supercomputador Santos Dumont, ambas instalações científicas brasileiras. Combinando esses estudos, foi possível explicar a base molecular da reação de descarboxilação de ácidos graxos para a formação de hidrocarbonetos.
“Elucidamos a estrutura atômica da enzima na linha de luz Manacá do Sirius. Os estudos revelaram que “OleTPRN” pertence à superclasse do citocromo P450, sendo uma metaloenzima que necessita de ferro para realizar um mecanismo redox que envolve um transporte sofisticado de elétrons e prótons para realizar a biocatálise. A estação experimental de Manacá gerou todas as informações necessárias sobre conhecimento molecular em nível atômico, sobre como o substrato se complexa na enzima, quais são as interações moleculares fundamentais e, assim, descobrimos aspectos inéditos que regem a reação de descarboxilação de ácidos graxos para a produção de alcenos”, revela o pesquisador.
Apoio e parcerias
O artigo recentemente publicado no PNAS contou ainda com a colaboração de pesquisadores da Universidade da Carolina do Norte, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e utilização de recursos do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC).
O trabalho foi financiado com recursos do CNPEM e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e já possibilitou o registro de patentes de interesse do setor.
O CNPEM tem firmado diversos acordos de cooperação com empresas multinacionais do setor de energia para o desenvolvimento de soluções biotecnológicas que permitam maior escalabilidade na produção de hidrocarbonetos de fontes renováveis.
Próximos passos
A expectativa é que a nova enzima possa ser utilizada em larga escala em processos industriais e na engenharia metabólica de cepas microbianas para produção de hidrocarbonetos por processos fermentativos, contribuindo para a transição para uma economia de baixo carbono.
O trabalho dos pesquisadores do CNPEM continua no desenvolvimento de processos biológicos para a produção de hidrocarbonetos a partir da utilização de biomassa lignocelulósica e oleaginosa. Outros estudos, já em andamento, devem em breve fornecer avaliações sobre a sustentabilidade e viabilidade dessas rotas biológicas.
