Caracterização de genes oriundos de Candida tropicalis potencialmente envolvidos no transporte de xilose - Queiroz, Sarah de Souza (2023)
A valorização da biomassa lignocelulósica possui uma importância crítica no âmbito da economia circular. A xilose, um açúcar de cinco carbonos e o segundo açúcar mais abundante presente em hidrolisados lignocelulósicos, emerge como um bloco construtor versátil em diversas aplicações industriais. No entanto, a integração da xilose em bioprocessos que empregam leveduras como biocatalisadores enfrenta desafios, entre eles a necessidade de estratégias sustentáveis para recuperação de xilose de biomassa vegetal lignocelulósica e melhoria da eficiência do processo de conversão de xilose em biomoléculas de interesse. A importância xilose, sua aplicação como matéria prima em bioprocessos e seu consumo por leveduras foram alvos do presente estudo. Neste contexto, a presente tese é apresentada no formato de quatro capítulos nomeados: (1) Uso de xilose como matéria prima: desafios e avanços na integração de um carboidrato componente da biomassa lignocelulósica em bioprocessos; (2) Análise integrada entre bioinformática, modelagem e expressão gênica de proteínas transportadoras de xilose oriundas de Candida tropicalis; (3) Caracterização funcional do gene putativo ao transporte de xilose XUT1 de Candida tropicalis e (4) Análise da influência da proporção de açúcares e pH do meio na produção de xilitol e na expressão de genes relacionados a assimilação de xilose em Candida tropicalis. Investigações foram realizadas com foco no estudo e caracterização de proteínas transportadoras responsáveis pela internalização da molécula de xilose, a fim de compreender características importantes que vão desde sua identificação, estrutura, interação com o substrato, caracterização funcional e expressão em diferentes condições de fermentação. Para identificação de proteínas transportadoras de xilose, foi construída uma árvore filogenética utilizando 45 sequencias de aminoácidos de transportadores de açúcar e, baseado na estrutura cristalográfica da proteína transportadora STP10 de Arabidopsis thaliana, estas sequências foram investigadas quanto aos principais resíduos envolvidos tanto na interação com a molécula de açúcar (substrato) quanto no movimento simporte. Em seguida, o perfil de expressão, via qRT-PCR, de novos genes codificantes de proteínas putativas ao transporte de xilose em C. tropicalis foi avaliado. Os resultados obtidos da filogenia apontaram o agrupamento das sequencias transportadoras em cinco ramos bem definidos. Entre estes grupos, foi dado destaque aos grupos G1 e G5 por apresentarem sequencias potenciais já reportadas na literatura ao transporte de xilose. A quantificação relativa da expressão dos genes de C. tropicalis agrupados em G1 e G5 mostrou diferenças significativas na expressão entre os tempos de fermentação avaliados, e manteve CtXUT1 como gene potencial e importante para o transporte de xilose em C. tropicalis. Sendo assim, a caracterização funcional de XUT1 em cepa ausente de transportadores Saccharomyces cerevisiae EBYVW.4000 mostrou que o gene foi capaz de reestabelecer o crescimento em xilose como fonte de carbono, reforçando a importância desta proteína transportadora, cuja localização subcelular foi verificada na membrana plasmática. Para compreender melhor acerca do papel da influência de glicose sobre este transportador, estudos complementares foram realizados para entender o efeito da proporção entre xilose e glicose disponível no meio e o pH, o qual está envolvido no movimento simporte. Após as investigações, sugerimos XUT1 como transportador com preferência para xilose e de baixa afinidade, ou seja, sua expressão demanda médias a altas concentrações de xilose para favorecer o transporte.