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Identificação, caracterização e engenharia de enzimas que degradam a parede celular das plantas

Processo: 10/18850-2
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de agosto de 2011 - 31 de outubro de 2016
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Bioquímica - Química de Macromoléculas
Pesquisador responsável:Richard John Ward
Beneficiário:
Instituição-sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto, SP, Brasil
Pesquisadores principais:Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli
Pesq. associados:Arthur Henrique Cavalcante de Oliveira ; Luiz Alberto Beraldo de Moraes
Auxílios(s) vinculado(s):13/50892-5 - Desenvolvimento de estratégias de imobilização e o uso de enzimas como biocatalizadores para aplicações industriais: produção de biodiesel e ingredientes funcionais, AP.R
Bolsa(s) vinculada(s):15/23200-0 - Produção de coquetéis enzimáticos com potencial no biobranqueamento da polpa de celulose para a fabricação de papel a partir de resíduos lignocelulósicos e fibras secundárias, BP.MS
15/18149-6 - Estudo das mudanças conformacionais e funcionais do domínio catalítico e do CBM (Carbohydrate binding module) de uma endoglucanase GH5 durante a catálise, BP.PD
14/07468-0 - Criação de uma enzima multifuncional feruloil esterase/acetil-xilano esterase por desenho racional, BP.MS
+ mais bolsas vinculadas 14/06319-1 - Estudo da dinâmica catalítica da endo-1,4-beta-xilanase de Bacillus subtilis por espectroscopia de correlação de fluorescência, BP.MS
14/05818-4 - Identificação, caracterização e engenharia de enzimas que degradam a parede celular das plantas, BP.TT
13/14454-3 - Bioprospecção de pectinases para suplementação de coquetéis enzimáticos visando à degradação da biomassa vegetal, BP.PD
12/24147-8 - Desenho racional de enzimas multifuncionais para despolimerização do material lignocelulósico, BP.DR
12/01066-2 - Desenho de enzimas multifuncionais que combinam a hidrólise de B-Glucanos e xilanos para avaliação da conformação destes polissacarídeos na parede celular de plantas, BP.PD
11/23842-1 - Evolução dirigida e caracterização bioquímica da 1,3-1,4-B-Glucanase de Bacillus subtilis, BP.IC
11/00302-1 - Modulação da seletividade da xilanase a de Bacillus subtilis por evolução dirigida para a otimização da hidrólise do xilano de cana-de-açúcar, BP.PD - menos bolsas vinculadas
Assunto(s):Biotecnologia  Proteínas  Enzimas  Lignocelulose  Biocatálise  Refinarias 

Resumo

Lignocelulose é constituído pelos polímeros celulose, hemicelulose e lignina, encontrados na parede celular das plantas como uma matriz complexa e estável. A estrutura complexa do lignocelulose limita a degradação das paredes celulares das plantas pela ação enzimática, restringindo seu uso de enzimas em aplicações de biorefinaria como biobranqueamento de polpas de celulose e a produção de açucares fermentáveis a partir de biomassa das plantas. Enzimas individuais são ineficientes contra a matriz de polímeros encontrada em lignocelulose, e a biorefinaria de biomassa necessita o uso de misturas de enzimas com especificidades diferentes.A meta da proposta atual e a identificação, caracterização e engenharia das propriedades catalíticas de enzimas com o objetivo de desenvolvimento de biocatalizadores que podem ser combinados em misturas enzimáticas para a biorefinaria de lignocelulose. A estratégia geral focalizará na caracterização de enzimas identificadas em projetos genomicos dos fungi Aspergillus niveus, Aspergillus japonicus e Chaetomium thermophilum e das bactérias Bacillus subtilis e Clostridium thermocellum, utilizando uma série de técnicas microbiológicas e bioquímicas em conjunto com abordagens de biologia molecular estrutural. Estes estudos iniciais serão conduzidos em paralelo com analises mais sofisticados com o intuito de identificar em mais detalhes as modificações nos polímeros de parede celular das plantas produzidas pelas enzimas. Estes atividades fornecerão informações para orientar o programa de engenharia de enzimas que melhorará as suas propriedades catalíticas usando estratégias de desenho racional e evolução dirigida visando aplicações de biorefinaria na indústria de polpa de celulose e papel no desenvolvimento de tecnologias na área de bicombustíveis. (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)
SILVA, SERGIO BERGAMACHI; PINHEIRO, MATHEUS PINTO; FUZO, CARLOS ALESSANDRO; SILVA, SAMUEL REGHIM; FERREIRA, TATIANE LOPES; LOURENZONI, MARCOS ROBERTO; NONATO, M. CRISTINA; VIEIRA, DAVI SERRADELLA; WARD, RICHARD JOHN. The role of local residue environmental changes in thermostable mutants of the GH11 xylanase from Bacillus subtilis. International Journal of Biological Macromolecules, v. 97, p. 574-584, APR 2017. Citações Web of Science: 0.
RIBEIRO, LUCAS FERREIRA; TULLMAN, JENNIFER; NICHOLES, NATHAN; BERGAMACHI SILVA, SERGIO RUSCHI; VIEIRA, DAVI SERRADELLA; OSTERMEIER, MARC; WARD, RICHARD JOHN. A xylose-stimulated xylanase-xylose binding protein chimera created by random nonhomologous recombination. BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, v. 9, JUN 6 2016. Citações Web of Science: 1.
ALPONTI, JULIANA SANCHEZ; MALDONADO, RAQUEL FONSECA; WARD, RICHARD J. Thermostabilization of Bacillus subtilis GH11 xylanase by surface charge engineering. International Journal of Biological Macromolecules, v. 87, p. 522-528, JUN 2016. Citações Web of Science: 4.
RIBEIRO, LUCAS FERREIRA; NICHOLES, NATHAN; TULLMAN, JENNIFER; COSTA RIBEIRO, LILIANE FRAGA; FUZO, CARLOS ALESSANDRO; VIEIRA, DAVI SERRADELLA; FURTADO, GILVAN PESSOA; OSTERMEIER, MARC; WARD, RICHARD JOHN. Insertion of a xylanase in xylose binding protein results in a xylose-stimulated xylanase. BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS, v. 8, AUG 15 2015. Citações Web of Science: 3.
MACHADO, CARLA BOTELHO; CITADINI, ANA PAULA; GOLDBECK, ROSANA; DE LIMA, EVANDRO ANTONIO; FIGUEIREDO, FERNANDA LOPES; DA SILVA, TONY MARCIO; HOFFMAM, ZAIRA BRUNA; DE SOUSA, AMANDA SILVA; SQUINA, FABIO MARCIO; TEIXEIRA DE MORAES POLIZELI, MARIA DE LOURDES; RULLER, ROBERTO; WARD, RICHARD JOHN. Increased biomass saccharification by supplementation of a commercial enzyme cocktail with endo-arabinanase from Bacillus licheniformis. Biotechnology Letters, v. 37, n. 7, p. 1455-1462, JUL 2015. Citações Web of Science: 2.
FURTADO, GILVAN P.; SANTOS, CAMILA R.; CORDEIRO, ROSA L.; RIBEIRO, LUCAS F.; DE MORAES, LUIZ A. B.; DAMASIO, ANDR R. L.; POLIZELI, MARIA DE LOURDES T. M.; LOURENZONI, MARCOS R.; MURAKAMI, MARIO T.; WARD, RICHARD J. Enhanced xyloglucan-specific endo-beta-1,4-glucanase efficiency in an engineered CBM44-XegA chimera. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 99, n. 12, p. 5095-5107, JUN 2015. Citações Web of Science: 3.
GUAZZARONI, MARIA-EUGENIA; SILVA-ROCHA, RAFAEL; WARD, RICHARD JOHN. Synthetic biology approaches to improve biocatalyst identification in metagenomic library screening. MICROBIAL BIOTECHNOLOGY, v. 8, n. 1, p. 52-64, JAN 2015. Citações Web of Science: 10.
RULLER, ROBERTO; ALPONTI, JULIANA; DELIBERTO, LAILA APARECIDA; ZANPHORLIN, LETICIA MARIA; MACHADO, CARLA BOTELHO; WARD, RICHARD JOHN. Concommitant adaptation of a GH11 xylanase by directed evolution to create an alkali-tolerant/thermophilic enzyme. PROTEIN ENGINEERING DESIGN & SELECTION, v. 27, n. 8, p. 255-262, AUG 2014. Citações Web of Science: 7.
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: 11.
FONSECA-MALDONADO, RAQUEL; RIBEIRO, LUCAS F.; FURTADO, GILVAN P.; ARRUDA, LETICIA M.; MELEIRO, LUANA P.; ALPONTI, JULIANA S.; BOTELHO-MACHADO, CARLA; VIEIRA, DAVI S.; BONNEIL, ERIC; MELO FURRIEL, ROSA DOS PRAZERES; THIBAULT, PIERRE; WARD, RICHARD J. Synergistic action of co-expressed xylanase/laccase mixtures against milled sugar cane bagasse. Process Biochemistry, v. 49, n. 7, p. 1152-1161, JUL 2014. Citações Web of Science: 4.
RIBEIRO, LUCAS F.; BRESSAN, FABIANA; FURTADO, GILVAN P.; MEIRELES, FLAVIO; WARD, RICHARD J. D-Xylose detection in Escherichia coli by a xylose binding protein-dependent response. Journal of Biotechnology, v. 168, n. 4, p. 440-445, DEC 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: 25.
FURTADO, G. P.; RIBEIRO, L. F.; LOURENZONI, M. R.; WARD, R. J. A designed bifunctional laccase/beta-1,3-1,4-glucanase enzyme shows synergistic sugar release from milled sugarcane bagasse. PROTEIN ENGINEERING DESIGN & SELECTION, v. 26, n. 1, p. 15-23, JAN 2013. Citações Web of Science: 10.

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