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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-23032023-083239
Document
Author
Full name
Thais Helena Costa Petrin
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Basso, Thiago Olitta (President)
Cunha, Anderson Ferreira da
Monteiro, Gisele
Title in Portuguese
Engenharia metabólica de Saccharomyces cerevisiae: assimilação de xilose e evolução adaptativa em linhagens industriais visando a produção de etanol.
Keywords in Portuguese
Engenharia evolutiva
Engenharia metabólica
Etanol 2G
Saccharomyces cerevisiae
Xilose
Abstract in Portuguese
A produção de etanol de segunda geração (2G) a partir de biomassa lignocelulósica tem sido considerada uma alternativa para reduzir o uso de combustíveis fósseis e aumentar a disponibilidade de energias renováveis. Nesta perspectiva, o estudo e o desenvolvimento de linhagens de Saccharomyces cerevisiae modificadas capazes de metabolizar xilose e produzir etanol 2G são imperativos. Nesta presente pesquisa, seis cepas industriais geneticamente modificadas de S. cerevisiae são estudadas: SA1.1x123; 272-1,1x123; 272-1a.1x123; FMY001; CSY01; CSY02. Estas linhagens compreendem duas vias metabólicas diferentes para a produção de etanol 2G através da assimilação de xilose: as vias da xilose isomerase (XI) e da xilose redutase/xilitol desidrogenase (XR/XDH). O objetivo deste trabalho foi projetar e melhorar o desempenho dessas vias em cepas industriais de S. cerevisiae projetadas para transportar e consumir xilose com eficiência. No entanto, a via das cepas XI modificadas não mostraram capacidade de assimilar xilose. Por outro lado, as cepas das vias XR/XDH, capazes de assimilar xilose, foram selecionadas por engenharia evolutiva para melhor utilização da xilose em condições aeróbias e semi-anaeróbicas. Os resultados mostraram valores mais elevados de rendimentos de produção de etanol (YETH/S) para as cepas evoluídas, em que o fator de conversão de substrato a etanol foi de até 28% maior em relação à linhagem parental. Desta forma, a utilização de xilose pode expandir as capacidades de S. cerevisiae para utilizar derivados de plantas e representar um potencial para aumentar a eficiência da produção de biocombustíveis de segunda geração.
Title in English
Untitled in english
Keywords in English
Ethanol 2G
Evolutionary engineering
Metabolic engineering
Saccharomyces cerevisiae
Xylose
Abstract in English
Second-generation (2G) ethanol production from lignocellulosic biomass has been considered a pathway to reduce the usage of fossil fuels and to increase the availability of renewable energies. In this perspective, the study and development of engineered Saccharomyces cerevisiae strains able to metabolize xylose and produce 2G ethanol is imperative. In this present research, six genetically modified industrial strains of S. cerevisiae are studied: SA1.1x123; 272-1.1x123; 272-1a.1x123; FMY001; CSY01; CSY02. They comprise two different metabolic pathways for 2G ethanol production from xylose assimilation: the xylose isomerase (XI) and the xylose reductase/xylitol dehydrogenase (XR/XDH) pathways. The aims of the work was to engineer and to improve the performance of this pathways in industrial S. cerevisiae strains engineered to efficiently transport and consume xylose. However, modified XI strains pathway have shown no ability to assimilate xylose. Conversely, the XR/XDH pathways strains, able to assimilate xylose, were selected by evolutionary engineering for improved xylose utilization under aerobic and semi-anaerobic conditions. The results have shown higher values of ethanol production yields (YETH/S) for evolved strains, in which the substrate to ethanol conversion factor was up to 28% higher compared to the parental strain. In this way, the utilization of xylose can expand the capabilities of S. cerevisiae to utilize plant-derived and represent a potential to increase the efficiency of second generation biofuel production.
 
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Publishing Date
2023-03-28
 
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