A nova molécula é um biocatalizador que é capaz de acelerar a degradação da celulose. Ela indica a importância da biodiversidade existente no nosso país.

Ela foi identificada a partir do material genético de bactérias encontradas em resíduos de biomassa coletados no solo.

A partir de DNA não classificado com função desconhecida de uma comunidade microbiana especializada na degradação da lignocelulose, descobriu-se uma metaloenzima que cliva oxidativamente a celulose de forma diferente.

A molécula é proveniente de uma bactéria ainda não cultivada que foi testata em associação com o secretoma de uma cepa modificada do fungo Trichoderma reesei, contendo CAZyme fúngico já usado na bioindústria.

O secretoma é o conjunto de moléculas, como proteínas e outras substâncias, que uma célula, tecido ou organismo libera no ambiente extracelular. O secretoma expressava a metaloenzima.

A organização microfibrilar da celulose e suas complexas interações com outros componentes da parede celular vegetal representam um grande desafio para a sua despolimerização biológica.

Os resíduos de glicose em associação com lignina e hemiceluloses nas paredes celulares das plantas, tornam a celulose altamente resistente à degradação. Sua quebra na natureza é muito lenta e demanda sistemas enzimáticos complexos.

Ademais, a desconstrução da celulose é uma das etapas mais importantes na produção de bioenergia e na indústria de bioquímicos.

A biomolécula descoberta apresenta a peculiaridade de gerar seu próprio co-substrato. Isso a torna uma ferramenta poderosa para a desconstrução da biomassa vegetal.

Esse novo mecanismo de ligação ao substrato e clivagem oxidativa que aumenta a conversão da celulose, ainda não havia sido descrito anteriormente pela ciência.

A pesquisa foi desenvolvida por pesquisadores do CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), em Campinas (SP), em parceria com o Instituto Nacional de Pesquisa para Agricultura, Alimentos e Meio Ambiente da França (INRAE), Universidade Aix Marseille e Universidade Técnica da Dinamarca (DTU).

O resultado da pesquisa desafia todo o paradigma envolvendo a degradação da celulose por microorganismos, uma vez que a descoberta tem a possibilidade de ampliar a eficiência energética proveniente da oxidação desse polímero vegetal, o mais abundantes na natureza.

A CelOCE (do inglês, Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme) tem potencial para revolucionar a produção de biomateriais e se constituir em um dos avanços mais significativos da últimas décadas no campo da bioenergia.

A substância possui uma estrutura minimalista com apenas 115 aminoácidos. Isso faclita o seu manuseio e estudo em laboratório.

A eficiência obtida com a nova enzima, associada com outras já usadas atualmente, seria de 21% a mais na produção de glicose a partir de resíduos vegetais, o que implica em maior produtividade, menor desperdício e redução de custos nos processos industriais.

A produção de etanol no Brasil poderia aumentar em muitos bilhões de litros, utilizando resíduos da agro indústria como bagaço de cana, palha de milho, madeira e outros cultivos, sem a necessidade de expandir as áreas de plantio.

A descoberta é extremamente relevante para a transição de uma economia de base petroquímica para biológica, que privilegie matérias-primas renováveis e sustentáveis e gere, por exemplo, soluções energéticas mais limpas e rentáveis do ponto de vista de produtividade.

A cristalografia por raios-X realizada no Sirius, o acelerador de partículas do Brasil, e as técnicas engenharia genética fúngica envolvendo CRISPR-Cas9, foram essenciais para desvendar o mecanismo inédito da CelOCE.

Mas o trabalho incluiu também técnicas de metagenômica, proteômica, enzimologia de carboidratos por métodos cromatográficos, colorimétricos e espectrométricos de massa, espectroscopias de fluorescência e absorção, mutagênese dirigida ao local e experimentos co bioreatores.

De acordo com o Diretor-Geral do CNPEM, Antonio José Roque da Silva, a integração e a sinergia entre as diferentes competências científicas do CNPEM, porporcionou a combinação de técnicas avançadas disponíveis no Centro, o que levou a essa incrível descoberta.

A maior parte da vida microbiana permanece incultivável em condições de laboratório, deixando muito de seu potencial genético obscurecido.

Amostras de solo cobertas com bagaço de cana-de-açúcar que foram mantidas ao longo de décadas em uma biorrefinaria (Quatá, São Paulo, Brasil).

Os estudos dos cientistas revelaram que a diversidade microbiana neste ambiente teve uma diminuição acentuada em comparação com o solo da vegetação nativa nas proximidades da pilha de bagaço.

A diminuição na diversidade microbiana foi acompanhada por um aumento no número de genomas montados no metagenoma associados a vias envolvidas na quebra e metabolismo de polissacarídeos.

As evidências indicavam uma especialização microbiana em bactérias lignocelulósicas.

Entre os materiais genéticos de alta qualidade recuperados, os de um grupos de bactérias ainda não caraterizadas, foram investigados devido ao seu potencial desconhecido para a quebra da parede celular em plantas.

Esse potencial foi confirmado pelos cientistas com a nova descoberta, os quais propuseram o nome ‘Candidatus Telluricellulosum braziliensis’ para esta nova bactéria.

Bibliografia

SANTOS, Clelton A. et al. A metagenomic ‘dark matter’ enzyme catalyses oxidative cellulose conversion. Nature [S.I]. USA, Fevereiro de 2025. Disponível em: https://www.nature.com/articles/s41586-024-08553-z. Acesso em 14/02/2025 às 17:00 h.

Comunicação. Descoberta de enzima da biodiversidade brasileira revoluciona produção de bioenergia e ganha destaque na Nature. CNPEM [S.I]. Campinas, SP, Fevereiro de 2025. Disponível em: https://cnpem.br/enzima-biodiversidade-brasileira-destaque-nature/. Acesso em 15/02/2025 às 9:00 h.

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