Biologia sintética para a produção de etileno glicol em Komagataella phaffii a partir de xilose
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A produção biotecnológica de etileno glicol pode ocorrer por vias sintéticas através da redução de glicoaldeído, utilizando xilose como substrato, açúcar presente em hidrolisados de biomassa de cana de açúcar. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo desenvolver um processo de produção de etileno glicol a partir de xilose, utilizando a levedura Komagataella phaffii como plataforma microbiana. Uma via metabólica sintética de produção de etileno glicol baseada nas enzimas xilose desidrogenase (XDH), xilonato desidratase (XD), aldolase (ALDO) e aldose redutase (ALDR) foi construída in sílico e implementada pela expressão em K. phaffii X-33. A funcionalidade da via de produção de etileno glicol foi avaliada in vivo através de experimentos de fermentação com linhagens recombinantes de K. phaffii em frasco e biorreator. Além de identificar e avaliar a funcionalidade de novas sequências codificantes para enzimas XD, foi analisado o efeito de diferentes combinações de XDH e XD na produção de EG em linhagens recombinantes de K. phaffii. Todas as linhagens construídas foram capazes de metabolizar a xilose, em meio definido, com produção máxima de etileno glicol de 1,34 g/L, resultados que mostram a funcionalidade da nova via sintética. Uma nova XD identificada nesse trabalho permitiu produção de EG 30% maior que a linhagem expressando a XD controle. Finalmente, diferentes condições de cultivo foram testadas, e gargalos na via metabólica foram identificados, possibilitando um maior entendimento a respeito do metabolismo de K. phaffii. Os resultados gerados nesse trabalho contribuem para o desenvolvimento de um processo de produção de EG por rota biológica a partir de recurso renovável.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Ethylene glycol (EG) is a versatile molecule, produced in the petrochemical industry and widely used in the manufacture of plastic polymers (PET), anti-freeze, and automotive fluids. It can also be used as a building block monomer to produce molecules in the chemical and pharmaceutical industries. Currently, ethylene glycol production is chemical or semi-biological, generating a negative impact on the environment. Biotechnological production of ethylene glycol can occur by synthetic routes through the reduction of glycolaldehyde, using xylose as a substrate. In the biorefineries context, which are based on the integration of biomass conversion processes, the production of ethylene glycol is advantageous. Therefore, this work aims to develop a process for ethylene glycol production from xylose, a pentose present in sugarcane biomass hydrolysates using the yeast Komagataella phaffii as a platform. To this end, a synthetic metabolic pathway for ethylene glycol production was designed and evaluated by expression in K. phaffii X-33. The complete synthetic pathway for ethylene glycol production was constructed in silico and evaluated in vivo by flask and bioreactor fermentation experiments. The synthetic pathway for ethylene glycol production from xylose employed in this work consists of four enzymes: xylose dehydrogenase (XDH), xylonate dehydratase (XD), aldolase (ALDO), and aldose reductase (ALDR). In addition, to identify and evaluate the functionality of new sequences encoding for xylonate dehydratase (XD) enzymes, the effect of different combinations of XDH and XD on EG production, in recombinant strains of K. phaffii, was analyzed. All the recombinant strains were able to metabolize xylose, in a defined medium, with maximum EG production of 1.34 g/L, results that show the functionality of the synthetic pathway inserted in the yeast. A new XD identified in this work allowed 30% higher EG production than the strain expressing the control XD. Bottlenecks in the synthetic pathway were identified aiming for a better understanding of K. phaffii’ metabolism. This work results contributed to the development of an EG production process through biotechnological routes with renewable substrates.Instituto de Ciências Biológicas (IB)Departamento de Biologia Celular (IB CEL)Programa de Pós-Graduação em Biologia MicrobianaporA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessBiologia sintética para a produção de etileno glicol em Komagataella phaffii a partir de xiloseinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisEtileno glicolXiloseBiologia sintéticaEngenharia metabólicareponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINALClaraVidaGalraoCorreaCarneiro_TESE.pdfClaraVidaGalraoCorreaCarneiro_TESE.pdfapplication/pdf4511893http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/48312/1/ClaraVidaGalraoCorreaCarneiro_TESE.pdf10ec63a2740141e1ac25fade6a4d4acbMD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain102http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/48312/2/license.txtaed4704d04bb260d4decd80db311aaa5MD52open access10482/483122026-01-15 17:04:06.509open accessoai:repositorio.unb.br:10482/48312U3VibWlzc8OjbyBlZmV0aXZhZGEgZGUgYWNvcmRvIGNvbSBsaWNlbsOnYSBjb25jZWRpZGEgcGVsbyBhdXRvciBlL291IGRldGVudG9yIGRvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcy4KRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2026-01-15T20:04:06Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB) |
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