Convénio FCT/CNR - Rastreio e caracterização de microrganismos e enzimas com elevado potencial para a produção de biocombustíveis

resumo

Os resíduos agrícolas, industriais e florestais lenhocelulósicos constituem a maioria da biomassa total mundial e são a matéria-prima mais sustentável para a produção de biocombustíveis e de outros produtos de valor acrescentado. A biomassa é actualmente a única fonte de energia renovável disponível que pode produzir biocombustíveis a preços competitivos e em grandes quantidades para o sector de transportes. A celulose e a hemicelulose são os polissacáridos mais abundantes na biomassa vegetal. A degradação microbiana destes compostos tem um enorme potencial económico para a conversão da biomassa em biocombustíveis através de enzimas celulolíticas e xilanolíticas, embora não sendo ainda um processo economicamente viável. Uma das grandes desvantagens em termos industriais é que a maioria das celulases e hemicelulases apresentam falta de termoestabilidade. Por isso, os microrganismos termofílicos têm-se destacado como fontes de enzimas celulolíticas e xilanolíticas de elevada actividade e termoestabilidade. Há diversas enzimas celulolíticas termoestáveis de bactérias celulolíticas termofílicas, e celulases hipertérmicas e hemicelulases de hipertermófilos, que já foram purificadas e caracterizadas. As propriedades dessas enzimas resultaram no desenvolvimento de novos processos biotecnológicos mais vantajosos que permitem condições que estão além da capacidade dos sistemas biológicos comuns. Portanto, a detecção de enzimas termoestáveis capazes de hidrolisar completamente materiais lenhocelulósicos a partir de resíduos agrícolas tem uma grande importância. Neste contexto, o desenvolvimento de um cocktail enzimático optimizado que permita uma sacarificação mais eficiente da biomassa lenhocelulósica em açúcares, bem como a pesquisa de novos e/ou melhores microrganismos responsáveis por uma conversão mais eficiente das hexoses e/ ou pentoses presentes em matérias-primas vegetais em biocombustíveis (ex. bioethanol, biohidrogénio) são fundamentais para a I&D nesta área. Os materiais lenhocelulósicos são os recursos naturais biológicos renováveis mais abundantes, e a produção de bioprodutos e de bioenergia (biocombustíveis) a partir destes materiais pouco dispendiosos é importante para o desenvolvimento sustentável dos seres humanos. Uma redução no custo de produção de hidrolases, uma melhoria da sua eficiência enzimática, e um acréscimo no rendimento em acúçares fermentescíveis são aspectos fundamentais quando se pretende reduzir os custos de processamento de biorrefinarias. A conversão eficiente de materiais lenhocelulósicos recalcitrantes em açúcares fermentescíveis requer três etapas sequenciais: (1) redução do tamanho do resíduo, (2) pré-tratamento/fraccionamento e (3) hidrólise enzimática. Um dos mais importantes e difíceis desafios tecnológicos é superar a recalcitrância dos recursos lenhocelulósicos, os quais têm que ser hidrolisados enzimaticamente. Os processos biocatalíticos estão continuamente a melhorar contribuindo de um modo cada vez mais significativo para a implementação de processos produtivos. Deste modo, o rastreio de novos microrganismos e/ou de novas enzimas com propriedades biocatalíticas inovadoras capazes de hidrolisar mais facilmente os materiais lenhocelulósicos tem extrema importância. Além disso o rastreio de novos microrganismos capazes de fermentar mais eficientemente estes hidrolisados produzindo biocombustíveis será também fundamental. Neste contexto, os principais objectivos deste projecto são: 1) Isolamento e caracterização de microrganismos mesófilos/extremófilos com potencial para a produção de biocombustíveis, tais como, bioetanol, biohidrogénio, etc; 2) Seleccção de enzimas (hidrolases, hidrogenases, etc.) a partir de microrganismos extremófilos (termófilos, hipertermófilos, acidófilos, alcalófilos, etc.). 3) Desenvolvimento de um processo optimizado para a produção de biocombustíveis (ex: bioetanol, biohidrogénio) com base na selecção dos melhores microrganismos e/ou melhor cocktail enzimático.

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