Um dos grandes desafios para tornar mais competitiva a produção de produtos biotecnológicos, como o etanol de segunda geração, é a redução dos custos das enzimas capazes de degradar a biomassa vegetal. Esse tem sido o enfoque de diversos estudos no mundo todo, atualmente. No Brasil, pesquisadores da Unicamp conseguiram duplicar a produção de enzimas utilizando cepas fúngicas recombinantes. O resultado chamou a atenção de André Ricardo de Lima Damasio, líder do projeto de pesquisa e coordenador do Laboratório de Enzimologia e Biologia Molecular de Microorganismos (LEBIMO) do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp. “O objetivo da pesquisa é bastante ambicioso e de longo prazo, mas demos o primeiro passo”, declarou.

Produzido a partir do bagaço e da palha da cana-de-açúcar, o etanol de segunda geração, também conhecido como bioetanol ou etanol celulósico, é capaz de aumentar em 50% a geração desse biocombustível, sem ampliar a área de cultivo. Além de ser obtido por meio de um processo sustentável, aproveitando-se de subprodutos da cana-de-açúcar, insumos já disponíveis nas unidades de produção, trata-se de um combustível renovável e mais limpo do que a gasolina, emitindo até 15 vezes menos carbono na atmosfera. Líder em área e produtividade de cana-de-açúcar, o Brasil possui o maior potencial de produção de bioetanol do mundo, sendo responsável, com a Índia, por mais da metade da cana produzida mundialmente.

No entanto, existem gargalos a serem ultrapassados para que o potencial produtivo do etanol celulósico, e de outros bioprodutos, seja atingido no País, como os elevados custos de enzimas, cujo mercado bilionário é, atualmente, dominado por três empresas estrangeiras – Novozymes, DSM e DuPont. Estudos demonstram que o valor das enzimas correspondem de 20% a 40% do custo total para produção de um litro de etanol de segunda geração. “Se conseguirmos gerar cepas fúngica super-produtoras de enzimas de forma racional e, assim, reduzir esse preço, será importante. Estamos falando de um potencial de produção de 10 bilhões de litros de etanol de segunda geração”, ressalta Damasio.

Nesse sentido, os estudos realizados pelo LEBIMO da Unicamp, com o financiamento do Programa de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN), da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), tem o objetivo de gerar cepas fúngicas superiores para a produção de enzimas. Ou seja, desenvolver, a partir de manipulações genéticas, uma linhagem do fungo modelo Aspergillus nidulans capaz de produzir grandes quantidades de enzimas, propiciando redução de custos. É sabido no meio acadêmico que esse gênero de fungo, se em contato com a biomassa vegetal, produz enzimas capazes de quebrar estruturas do bagaço denominadas polissacarídeos, gerando açúcares simples utilizados, posteriormente, para produzir, por exemplo, etanol. No entanto, a quantidade de enzimas secretadas por esse microrganismo ainda não é o suficiente para atender a demanda em escala industrial de produtos provenientes da biomassa. “Essa cepa laboratorial produz, com sorte, duas gramas de enzimas por litro de biomassa”, explica o pesquisador. “Precisamos de muita enzima para fazer a hidrólise desse bagaço e isso ainda é muito caro”. De acordo com Damasio, os fungos do gênero Trichoderma reesei, utilizados pela maior fornecedora mundial de enzimas, Novozymes, chegam a produzir 100 gramas por litro de cultura. Esse resultado foi obtido após mais de 20 anos de melhoramento genético, e como essas empresas chegaram a esse patamar é segredo industrial protegido por patentes.

“Estamos longe dos números industriais, mas conseguimos avançar e ainda há muito o que fazer. Temos muitos dados e vários processos celulares que queremos analisar agora, manipulando genes”, relata. O projeto de pesquisa, que teve início em novembro de 2013, será finalizado em junho de 2018. Segundo o coordenador, mesmo com o término desse projeto, ainda haverá muitas questões a serem respondidas e novos estudos devem ser iniciados a partir de desdobramentos desses resultados.

Damasio explica que o projeto partiu da análise biológica de sistemas, ou seja, do que está acontecendo no interior da célula no momento em que é induzida a produção de várias enzimas. Através de estudos científicos de proteômica e transcriptômica, ferramentas da biologia de sistemas, foram identificados vários genes-alvo para manipulação genética. Em um primeiro experimento, 15 genes-alvo do fungo foram deletados. Com isso, foi possível obter um aumento de duas a três vezes na produção de enzimas-alvo para pelo menos três dos mutantes gerados. Todo esse processo está sendo desenvolvido de forma racional, permitindo que seja reproduzido futuramente, ao se alcançar uma plataforma eficaz de produção de enzimas.

Até o momento, os fungos filamentosos são os que produzem maior quantidade de enzimas em nível industrial. Comum na natureza e conhecido no meio acadêmico, o gênero Aspergillus nidulans é um modelo genético de fungo filamentoso e existem diversas ferramentas capazes de manipular o genoma desse microorganismo. Além de naturalmente ser capaz de secretar enzimas para a degradação de biomassa vegetal. Segundo o pesquisador, cientificamente, existem três possíveis caminhos de se reduzir o custo das enzimas: por manipulação de microorganismos, produzindo maior quantidade de enzimas; engenharia de proteínas, aumentando a eficiência delas; ou por meio de engenharia de processos, utilizando-se das variáveis do processo para aumentar a produção dessas proteínas.

Para os próximos passos, os pesquisadores que atuam nesse projeto de pesquisa pretendem estender os estudos de manipulação genética para fatores de transcrição, genes relacionados à parede celular fúngica e modificações pós-traducionais, processo que permite que a enzima saia da célula, visto que resultados preliminares demonstram grande potencial. Segundo o coordenador do LEBIMO, em alguns anos será possível obter cepas fúngicas mutantes capazes de produzir enzimas com preço competitivo, visto que o Brasil ainda não produz enzimas em larga escala.