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Instituto Nacional de Biotecnologia para o Bioetanol

Pesquisador responsável:

Marcos Silveira Buckeridge

Beneficiário:

Instituição-sede da pesquisa: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo, SP, Brasil
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
Processo: 08/57908-6
Vigência: 01 de março de 2009 - 28 de fevereiro de 2015
Auxílios(s) vinculado(s):11/12611-9 - Metabolômica em cana-de-açúcar, AV.EXT
Bolsa(s) vinculada(s):12/15281-2 - "caracterização molecular, citogenética e fenotípica de acessos do "complexo Saccharum" para fins de introgressão genética", BP.DR
11/02344-3 - Efeito do alto CO2 e do estresse hídrico sobre o metabolismo e a fisiologia da cana de açúcar: uma abordagem sistêmica, BP.PD
10/13579-9 - Sistema antioxidante de cana-de-açúcar em resposta à seca, BP.MS
+ mais bolsas vinculadas 10/12833-9 - Caracterização da degradação da parede celular durante a formação de aerênquima em raízes de cana-de-açúcar, BP.MS
10/10184-3 - Desenvolvimento de um coquetel enzimático para aplicação em biorefinaria, BP.DR
10/07133-8 - Criação de uma endoxilanase alostérica por evolução dirigida para aplicação na biotecnologia industrial, BP.DR - menos bolsas vinculadas
Convênio/Acordo de cooperação com a FAPESP: CNPq - INCTs
Publicação FAPESP sobre o auxílio:http://media.fapesp.br/bv/uploads/publicacoes/pasta_bioen_jun2012_98.pdf
Assunto(s):

Etanol

Expressão gênica

Celulose

Enzimas hidrolíticas

Parede celular vegetal

Resumo
O uso de combustíveis fósseis pela civilização levou a humanidade a uma situação sem precedentes na História. As emissões de CO2 para a atmosfera como consequência de demanda de energia para vários propósitos agora parece estar provocando mudanças no clima. Nos anos setenta, o Brasil começou um programa para substituir a gasolina por etanol para diminuir a dependência econômica em períodos economicamente variáveis. A cana-de-açúcar foi a espécie escolhida e, como consequência, foram intensificados grandemente estudos agrícolas e tecnológicos conduzindo o pais para uma posição muito favorável em termos de segurança energética. Hoje em dia, o Brasil tem mais de 80% de seus carros rodando com etanol e até motores de avião já vem sendo desenvolvido. Com a instabilidade política crescente no Oriente Médio, os EUA decidiram também dirigir sua política de energia para o uso de bicombustíveis a partir de 2001. A Europa e o Japão também estão seguindo esta tendência e é provável que isto seja seguido por vários outros países no mundo impondo uma grande pressão na produção de agro-etanol. Esta proposta visa unir um conjunto de 30 laboratórios de 5 estados brasileiros para desenvolver as bases tecnológicas necessárias para viabilizar a produção de etanol celulósico a partir de cana-de-açúcar no Brasil . Este será o Instituto Nacional de Biotecnologia para o Bioetanol. O sistema de agroenergia que produz cana-de-açúcar no Brasil é atualmente o mais eficiente do mundo. No entanto, apenas parte da biomassa produzida é usada efetivamente para a produção de bioetanol, sendo 1/3 para este a produção de sacarose (parte da qual é fermentada para o etanol), 1/3 é bagaço, que é queimado para produzir eletricidade e 1/3 é a palhada, que fica no campo e é decomposta por microorganismos. Portanto, para suprir necessidades ainda maiores de bioetanol, um aumento significativo na produção de etanol é possível se desenvolvermos tecnologias para retirar a energia armazenada nas ligações glicosídicas nos polissacarídeos de parede celular (celulose, hemicelulose e pectinas). Hoje, uma parte 1/3 da biomassa é queimada e produz energias, mas a eficiência seria muito maior se desenvolvêssemos o etanol celulósico. Para tanto, faltam algumas informações científicas básicas que seriam aquelas utilizadas para desenvolver as tecnologias citadas. Este é o foco principal do Instituto Nacional de Biotecnologia para o Bioetanol. Ainda que a hidrólise ácida da biomassa esteja quase consolidada em laboratório e em planta piloto, sua aplicação em larga escala ainda não é economicamente viável. O uso de ácidos reduz o tempo de vida dos equipamentos, produz resíduos tóxicos e compostos não fermentáveis, aumentando consideravelmente os custos do processo. Uma alternativa é o uso de enzimas hidrolíticas que ataquem a parede celular. Este processo requer o uso de maquinaria complexa e enzimas específicas que são produzidas por microorganismos e pelas próprias plantas. No entanto, muito pouco é conhecido sobre como este processo de degradação se dá. Um dos principais objetivos desta proposta é compreender a estrutura fina e a arquitetura dos polissacarídeos da parede celular da cana de açúcar para usá-la como fonte de biomassa para bioenergia. Este aspecto, assim como estudos sobre as características fisiológicas de plantas de cana relacionadas à performance de crescimento em condições de estresses bióticos e abióticos, será efetuado no Centro de Fisiologia e Biologia Celular do INBB. Paralelamente, nós pretendemos estudar os padrões de expressão gênica relacionados tanto a processos fisiológicos importantes relacionados à resistência da planta a estresses bióticos e abióticos, à fotossíntese e temperatura e avaliar comparativamente estes aspectos em diferentes variedades de cana. Estes estudos, efetuados pelo Centro de Genética e Transformação, produzirão as informações e tecnologia necessárias para podermos produzir cana transformada geneticamente, acelerando fortemente nossa capacidade de produzir variedades mais adaptadas e mais produtivas. Paralelamente, o grupo do Centro de Melhoramento, irá produzir marcadores moleculares com os quais será possível acelerar o processo de escolha de variedades a serem usadas em diferentes condições ambientais. Com isto, poderemos nos preparar para enfrentar o processo de mudanças climáticas globais, mantendo ou até aumentando a produtividade de bioenergia. O Centro de Prospecção de fungos irá manter um levantamento continuo de espécies de fungos capazes de produzir enzimas hidrolíticas e ao mesmo tempo testar e melhorar o desempenho destas utilizando técnicas de engenharia genética. À medida que enzimas das plantas e dos fungos sejam produzidas, o Grupo do Centro de Caracterização de Enzimas e Processos Industriais irá trabalhar na determinação da estrutura das proteínas, tentar melhorá-las se possível e efetuar testes em pequena escala de preparação do material de cana para uso industrial na produção de bioetanol. (AU)
Matéria(s) publicada(s) na Revista Pesquisa FAPESP sobre o auxílio:
Entre açúcares e genes

Publicações científicas (13)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SOUZA, THAIS P.; DIAS, RENATA O.; CASTELHANO, ELAINE C.; BRANDAO, MARCELO M.; MOURA, DANIEL S.; SILVA-FILHO, MARCIO C. Comparative analysis of expression profiling of the trypsin and chymotrypsin genes from Lepidoptera species with different levels of sensitivity to soybean peptidase inhibitors. COMPARATIVE BIOCHEMISTRY AND PHYSIOLOGY B-BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOGY, v. 196, p. 67-73, JUN-JUL 2016. Citações Web of Science: 0.
MELLONI, MARIA NATALIA G.; MELLONI, MARIA LETICIA G.; NEUBER, ANA CAROLINE; PERECIN, DILERMANDO; LANDELL, MARCOS G. DE ANDRADE; PINTO, LUCIANA R. Efficiency of Different Antimitotics in Cytological Preparations of Sugarcane. SUGAR TECH, v. 18, n. 2, p. 222-228, APR 2016. Citações Web of Science: 0.
BUCKERIDGE, MARCOS S.; DE SOUZA, AMANDA P. Breaking the ``Glycomic Code{''} of Cell Wall Polysaccharides May Improve Second-Generation Bioenergy Production from Biomass. BioEnergy Research, v. 7, n. 4, p. 1065-1073, DEC 2014. Citações Web of Science: 0.
RIBEIRO, LILIANE F. C.; DE LUCAS, ROSYMAR C.; VITCOSQUE, GABRIELA L.; RIBEIRO, LUCAS F.; WARD, RICHARD J.; RUBIO, MARCELO V.; DAMASIO, ANDRE R. L.; SQUINA, FABIO M.; GREGORY, REBECCA C.; WALTON, PAUL H.; JORGE, JOAO A.; PRADE, ROLF A.; BUCKERIDGE, MARCOS S.; POLIZELI, MARIA DE LOURDES T. M. A novel thermostable xylanase GH10 from Malbranchea pulchella expressed in Aspergillus nidulans with potential applications in biotechnology. BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, v. 7, JUL 29 2014. Citações Web of Science: 7.
FRANCO, FLAVIA P.; SANTIAGO, ADELITA C.; HENRIQUE-SILVA, FLAVIO; DE CASTRO, PATRICIA ALVES; GOLDMAN, GUSTAVO H.; MOURA, DANIEL S.; SILVA-FILHO, MARCIO C. The Sugarcane Defense Protein SUGARWIN2 Causes Cell Death in Colletotrichum falcatum but Not in Non-Pathogenic Fungi. PLoS One, v. 9, n. 3 MAR 7 2014. Citações Web of Science: 0.
VALENCIA, ESTELA Y.; CHAMBERGO, FELIPE S. Mini-review: Brazilian fungi diversity for biomass degradation. Fungal Genetics and Biology, v. 60, n. SI, p. 9-18, NOV 2013. Citações Web of Science: 2.
FONSECA-MALDONADO, RAQUEL; VIEIRA, DAVI SERRADELLA; ALPONTI, JULIANA SANCHEZ; BONNEIL, ERIC; THIBAULT, PIERRE; WARD, RICHARD JOHN. Engineering the Pattern of Protein Glycosylation Modulates the Thermostability of a GH11 Xylanase. Journal of Biological Chemistry, v. 288, n. 35, p. 25522-25534, AUG 30 2013. Citações Web of Science: 18.
DE SOUZA, AMANDA P.; LEITE, DEBORA C. C.; PATTATHIL, SIVAKUMAR; HAHN, MICHAEL G.; BUCKERIDGE, MARCOS S. Composition and Structure of Sugarcane Cell Wall Polysaccharides: Implications for Second-Generation Bioethanol Production. BioEnergy Research, v. 6, n. 2, p. 564-579, JUN 2013. Citações Web of Science: 12.
GENTILE, AGUSTINA; FERREIRA, THAIS H.; MATTOS, RAPHAEL S.; DIAS, LARA I.; HOSHINO, ANDREA A.; CARNEIRO, MONALISA S.; SOUZA, GLAUCIA M.; CALSA, JR., TERCILIO; NOGUEIRA, REJANE M.; ENDRES, LAURICIO; MENOSSI, MARCELO. Effects of drought on the microtranscriptome of field-grown sugarcane plants. PLANTA, v. 237, n. 3, p. 783-798, MAR 2013. Citações Web of Science: 13.
BEGCY, KEVIN; MARIANO, EDUARDO D.; GENTILE, AGUSTINA; LEMBKE, CAROLINA G.; ZINGARETTI, SONIA MARLI; SOUZA, GLAUCIA M.; MENOSSI, MARCELO. A Novel Stress-Induced Sugarcane Gene Confers Tolerance to Drought, Salt and Oxidative Stress in Transgenic Tobacco Plants. PLoS One, v. 7, n. 9 SEP 11 2012. Citações Web of Science: 9.
MEDEIROS, ANE H.; FRANCO, FLAVIA P.; MATOS, JULIANA L.; DE CASTRO, PATRICIA A.; SANTOS-SILVA, LUDIER K.; HENRIQUE-SILVA, FLAVIO; GOLDMAN, GUSTAVO H.; MOURA, DANIEL S.; SILVA-FILHO, MARCIO C. Sugarwin: A Sugarcane Insect-Induced Gene with Antipathogenic Activity. MOLECULAR PLANT-MICROBE INTERACTIONS, v. 25, n. 5, p. 613-624, MAY 2012. Citações Web of Science: 3.
PASTINA, M. M.; MALOSETTI, M.; GAZAFFI, R.; MOLLINARI, M.; MARGARIDO, G. R. A.; OLIVEIRA, K. M.; PINTO, L. R.; SOUZA, A. P.; VAN EEUWIJK, F. A.; GARCIA, A. A. F. A mixed model QTL analysis for sugarcane multiple-harvest-location trial data. TAG Theoretical and Applied Genetics, v. 124, n. 5, p. 835-849, MAR 2012. Citações Web of Science: 21.
FURTADO, GILVAN PESSOA; RIBEIRO, LUCAS FERREIRA; SANTOS, CAMILA RAMOS; TONOLI, CELISA CALDANA; DE SOUZA, ANGELICA RODRIGUES; OLIVEIRA, RENATA ROCHA; MURAKAMI, MARIO TYAGO; WARD, RICHARD JOHN. Biochemical and structural characterization of a beta-1,3-1,4-glucanase from Bacillus subtilis 168. Process Biochemistry, v. 46, n. 5, p. 1202-1206, MAY 2011. Citações Web of Science: 15.
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