Enzimas na produção de bioenergia

Pesquisa com participação de cientistas do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP investiga novos tipos de enzimas capazes de degradar biomassa para otimizar o processo de produção de bioenergia. O estudo, em colaboração com a Universidade de York (Reino Unido), recebe recursos do Conselhos de Pesquisa do Reino Unido (RCUK) e teve aprovado em outubro um financiamento junto à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

A pesquisa, coordenada por Igor Polikarpov e Eduardo Ribeiro de Azevedo, do IFSC, Sandro José de Souza, do Ludwig Institute for Cancer Research, e Wanius José Garcia da Silva, da Universidade Federal do ABC (UFABC), é complementada por uma proposta inglesa, liderada pelo professor Neil Bruce, da Universidade de York, que toma como objeto de pesquisa um produto parecido com o feno.

A idéia central do projeto é encontrar diferentes enzimas capazes de degradar biomassa para aplicação em processos de produção de combustível e energia elétrica, em substituição às formas convencionais derivadas do petróleo.

Conhecendo a potencialidade destas enzimas e compreendendo seu funcionamento, os pesquisadores trabalharam no desenvolvimento de uma tecnologia que permite uma marcação mais exata de enzimas extracelulares, que estão fora da célula. O segredo é a exploração de um mecanismo de afinidade proteica que não atravessa membranas biológicas e, por isso, apenas acessa e marca proteínas extracelulares.

"Com essa marcação, é possível 'purificar' parcialmente enzimas, ou seja, enriquecer a concentração das enzimas naquilo que você está extraindo da biomassa, neste caso a lignocelulose (princípio do bioetanol) e a cultura microbiana, e sequenciar pequenos pedaços destas proteínas — o que chamamos de procedimento proteômico", afirma Polikarpov.

Análise

Desta forma, comparando as informações genômicas com as informações proteômicas — uma junção chamada de análise secretômica —, é possível caracterizar cada enzima de acordo com suas funções e encontrar com maior facilidade aquelas que se procura para sequenciar, sem precisar analisar um enorme conjunto de microorganismos, do qual 95% será inútil. Com estes procedimentos, é possível analisar as enzimas secretadas durante o processo de degradação da biomassa, que ocorre na hidrólise deste bagaço — quebra de uma molécula por intermédio da água —, a reação que ocorre nas chamadas biorrefinarias, considerada um grande potencial para a substituição do petróleo na produção de combustível e energia elétrica, por exemplo.

A grande vantagem do desenvolvimento desta pesquisa é a possibilidade de contribuir com o sucesso dessas biorrefinarias a longo prazo, barateando seu custo. A configuração atual das biorrefinarias requer o uso de ácido e de explosões de vapor para tratar a lignocelulose, o que é pouco eficiente e depende de energia elétrica, além de custar muito caro. Isso ocorria porque o processo de degradação da lignocelulose dependia justamente daquela pequena porcentagem de microorganismos que os cientistas conseguiam caracterizar, o que acabava por encarecer todo o processo.

"Cerca de 25% do custo do biocombustível, hoje, é para o cultivo desta pequena quantidade de enzimas", conta Polikarpov. Daí a grande importância de descobrir e identificar novas enzimas que degradem biomassa — mais termoestáveis, mais abundantes no Universo, mais eficientes — e contribuam para um maior entendimento deste processo, gerando novas atividades de pesquisa e aplicações industriais.

Na atualidade, o fator que mais impede o aproveitamento pleno desta capacidade das enzimas é justamente o procedimento científico comumente aplicado na distinção, caracterização e posterior cultivo da enorme quantidade de microorganismos presente no processo de degradação de qualquer matéria. Segundo Polikarpov, "os micro-organismos não conseguem transferir biomassa para dentro das células, mas eles a convertem em açúcar para energizar a célula, então essas proteínas que investigamos são excretadas para fora da célula". Assim, no genoma das células, há apenas cerca de 5% de enzimas que de fato interessam aos pesquisadores.

Fonte: Ascom do IFSC