CRISPR-Cas9 na produção de celulases

Caracterizado por um clima de insolação elevada, alta produtividade agroflorestal e uma base industrial que, em parte, depende do uso de biocombustíveis, seria possível aproveitar de forma mais eficiente os resíduos agroindustriais e biomassas com ciclos curtos de crescimento de baixo custo, que complementam ou substituem a madeira como fonte de energia, reunindo, portanto, as condições necessárias para dar um novo impulso aos usos dessas fontes renováveis cujos custos tendem a diminuir.

Segundo o Balanço Energético Nacional (BEN), as biomassas (madeira e cana), responderiam por 27% da energia primária do Brasil, a maior parte destinada a usos industriais, no entanto, a estatística oficial não contempla alguns usos e processos, de modo que subestima a participação das biomassas (Instituto Nacional de Eficiência Energética - INEE).

Pensando nos mais diversos benefícios que a utilização mais eficiente dos resíduos da cana-de-açúcar (bagaço e a palha) podem proporcionar, em termos energéticos e ambientais, que pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), conduziram uma pesquisa para a produção de celulase, envolvendo a alteração genética do fungo Trichoderma reesei, utilizando a técnica de CRISPR - Cas9 (proteína nove associada a CRISPR - CRISPR associated protein 9).

No artigo publicado na edição de maio (22) da revista Biotechnology for Biofuels, a equipe de pesquisadores descreveu o processo de alteração genética para obtenção de uma cepa do fungo, agora denominada Trichoderma reesei RUT-C30, capaz de produzir a enzima celulase.

A equipe de cientistas utilizou a engenharia racional na cepa RUT-30, a partir da CRISPR/Cas9, para o desenvolvimento de um processo industrial compatível para a produção de celulase, com base em subprodutos agroindustriais. De acordo com o artigo, o estudo teve como objetivos principais aumentar, a atividade da β-glicosidase do coquetel produzido, as taxas de secreção de proteínas, eliminar a necessidade de açúcares indutores para a produção de enzimas, permitir o uso de melaço rico em sacarose como fonte de carbono e desenvolver um processo de produção de enzimas à base de melaço.

Utilizando o sistema CRISPR, foi possível realizar seis modificações no genoma da nova cepa de fungo, que incluíram a expressão constitutiva de um alelo mutado do regulador mestre de celulase XYR1, de duas enzimas heterólogas, a β-glucosidase CEL3A (Talaromyces emersonii) e a invertase SUC1 (Aspergillus niger), assim como a deleção de genes codificadores do repressor de celulase ACE1 e das proteases extracelulares SLP1 e PEP1. 

De acordo com o artigo, a partir dessas alterações a cepa RUT-C30 passou a secretar uma quantidade ainda mais expressiva de proteínas, além de corrigir sua deficiência de β-glicosidase, possibilitando a utilização de sacarose e eliminando a necessidade de açúcares indutores para a produção de enzimas. Quando utilizada em um bioprocesso com melaço de cana, a cepa atingiu a maior quantidade já reportada de proteínas produzidas experimentalmente pelo T. reesei.

Com relação à atividade desse grupo de enzimas, os pesquisadores observaram que os níveis estavam bastante elevados para celulase e hemicelulase, porém individualmente, as enzinas β-glucosidase e xilanase, tiveram um aumento de 72 e 42 vezes respectivamente, além de uma eficiência na sacarificação, semelhante à preparações comerciais de celulase, para a degradação de palha de cana pré-tratada industrialmente.

Em entrevista à Agência FAPESP, o diretor científico do Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR-CNPEM), Mário Murakami, comentou “que praticamente todas as enzimas utilizadas no Brasil para a degradação de biomassa são importadas de um grupo restrito de empresas estrangeiras que detêm essa tecnologia sob segredo industrial. Nesse contexto, o coquetel enzimático importado pode representar até 50% do custo de produção do combustível.

Com essa descoberta, além de maior eficiência na produção energética, a partir desses resíduos, o Brasil poderá baratear os custos utilizando enzimas produzidas nacionalmente.