Pesquisadores do Laboratório de Fisiologia Ecológica de Plantas (Lafieco) da Universidade de São Paulo (USP) identificaram uma enzima presente na raiz da cana-de-açúcar, que pode ser a solução para otimizar o aproveitamento do bagaço e aumentar a produção da planta: a ASD (α-L-arabinofuranosidase).
Recentemente, esta matéria, elaborada pela Agência Fapesp, se destacou entre as mais acessadas no site do Canal Rural durante a última semana.
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Pesquisas apresentadas recentemente indicam que a utilização em laboratório dessa enzima potencializou a liberação de açúcar dos resíduos da cana em até seis vezes, um avanço significativo para acelerar o processo de produção de etanol de segunda geração.
Historicamente, um dos principais desafios na utilização plena da cana-de-açúcar é a rigidez da lignocelulose que compõe sua estrutura. Devido a essa dificuldade, há anos uma empresa dinamarquesa mantém o monopólio sobre um coquetel enzimático que quebra essa barreira, enquanto cientistas ao redor do mundo buscam alternativas.
A inovação proveniente do Brasil é fruto de 17 anos de pesquisa desenvolvida pelo Lafieco, vinculado ao Instituto de Biociências da USP. Durante o estudo das aerênquimas – estruturas porosas nas raízes –, os cientistas descobriram um conjunto de enzimas utilizadas pela planta para reconfigurar suas fibras. A partir daí, isolaram a ASD e a incorporaram em coquetéis enzimáticos comerciais para melhorar a degradação da lignocelulose e aumentar a sacarificação.
Descoberta inovadora
Marcos Silveira Buckeridge, que coordena o Lafieco e é coautor da pesquisa publicada no Journal of Experimental Botany, explica que os coquetéis enzimáticos atualmente disponíveis provêm majoritariamente de microrganismos como fungos. Esta é a primeira vez que uma molécula vegetal com essa capacidade é identificada. “E não se trata apenas de qualquer planta; é algo derivado diretamente da cana-de-açúcar”, enfatiza Buckeridge.
Para alcançar essa descoberta, foi necessário inicialmente mapear a química e a estrutura das paredes celulares da cana, compreendendo como ocorre a organização da celulose. “Vários alunos do Lafieco colaboraram durante esses 17 anos, passando o conhecimento adiante”, recorda o biólogo, cujo grupo publicou os dados estruturais iniciais em 2013.
Os pesquisadores já sabiam que o desenvolvimento dos aerênquimas nas raízes estava ligado a um processo natural de separação celular. Embora normalmente essas estruturas apareçam em condições de hipóxia (falta de oxigênio), nas raízes da cana elas se formam independentemente desse fator.
Durante o crescimento do aerênquima, a planta altera suas próprias paredes radiculares e cria túneis para circulação de ar. Esse processo envolve tanto separação celular quanto degradação de açúcares complexos – etapas cruciais para maximizar o uso do bagaço na produção de etanol.
Segundo Bruno Viana Navarro, pós-doutorando do Lafieco e primeiro autor do artigo, “o aerênquima se forma gradualmente na raiz; na extremidade há menos presença dessa estrutura, enquanto ela se torna mais frequente à medida que se avança para cima”. A equipe buscava determinar quais enzimas eram ativadas pela planta durante este processo remodelador das raízes.
Navarro descreve os procedimentos experimentais: “Cultivamos colmos da variedade bem estudada SP80-3280 e, após três meses, coletamos raízes dos perfilhos (brotos novos), que foram segmentadas em quatro partes de 1 cm cada. Cada segmento apresentou diferentes níveis de formação do aerênquima.”
O foco recaiu sobre as enzimas com funções semelhantes às “tesouras químicas”, responsáveis por cortar as fibras celulares e liberar açúcares. Uma das doutorandas sob supervisão de Buckeridge, Eveline Tavares, fez uma descoberta importante nesse contexto: ela isolou a enzima ASD.
A doutoranda Adriana Grandis posteriormente detalhou sua relevância na formação dos aerênquimas. Navarro explica a função da ASD: “Ela atua especificamente no rearranjo das paredes celulares ao quebrar ligações entre componentes estruturais abundantes na cana.”
Reconhecendo o potencial da ASD, o grupo liderado pela pós-doutoranda Débora Pagliuso produziu essa enzima em laboratório através do uso de leveduras para testes práticos. “Adicionamos a ASD ao coquetel comercial e aplicamos ao bagaço da cana-de-açúcar. Essa simples inclusão resultou em um aumento na produção de açúcar em até seis vezes; esse açúcar posteriormente se transforma em etanol”, destaca Navarro.
Perspectivas promissoras
O pesquisador menciona que as descobertas revelam um vasto potencial molecular. O grupo já catalogou aproximadamente 530 sequências genéticas e classes enzimáticas presentes na cana-de-açúcar. Isso indica que existem diversas outras “ferramentas” biológicas ainda por explorar.
“Identificamos também uma segunda enzima bastante promissora capaz de degradar pectinas. Essa enzima age sobre lamelas médias: as ligações entre células. Quando essas estruturas são rompidas, as células ficam soltas permitindo uma degradação facilitada e consequente obtenção dos açúcares necessários para produzir etanol tanto de primeira quanto segunda geração”, afirma Navarro.
Buckeridge acredita que os resultados reforçam a ideia de que as enzimas oriundas diretamente das plantas são mais eficazes em decifrar e quebrar as estruturas da cana comparadas às provenientes de microrganismos. “É possível que essas enzimas vegetais apresentem características únicas que tornam mais eficiente a conversão dos resíduos em produtos valiosos. Pode ser que tenhamos encontrado um verdadeiro tesouro oculto”, pondera ele.
Um dos objetivos futuros mais ambiciosos do grupo é desenvolver um coquetel enzimático totalmente vegetal personalizado. “Através da análise bioquímica da biomassa da cana-de-açúcar, será viável criar um coquetel enzimático ideal para sua hidrólise, aumentando assim o rendimento na produção etílica. Esperamos alcançar esse objetivo algum dia”, conclui Navarro.
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