O mercado global de aminoácidos foi avaliado em US$ 21.768,2 milhões em 2019 e deve chegar a US$ 41.296,7 milhões até 2027, progredindo a um CAGR (Compound Annual Growth Rate) de 8,3% de 2019 a 2027. Já a demanda global do aminoácido treonina foi de 1.007,5 quilo toneladas em 2019 e deve chegar a 2.165,2 quilo toneladas até 2027, crescendo a um CAGR estimado de 6,1% de 2020 a 2027 (GRAND VIEW RESEARCH, 2021). Como a L-treonina é o terceiro aminoácido mais vendido com base no volume e o segundo aminoácido mais utilizado na alimentação de suínos e aves, o desenvolvimento do bioprocesso de produção de Treonina no Brasil mostra-se bastante promissor. Esse trabalho visou a desenvolver esse bioprocesso numa visão industrial. Primeiramente, foi feita a construção de linhagens mutantes da bactéria Escherichia coli para a produção de L-treonina por via biotecnológica. Foram utilizadas estratégias para a alteração de determinadas vias metabólicas de modo a direcionar o fluxo de carbono para a síntese do aminoácido de interesse. Foi realizada a superexpressão das principais enzimas na via sintética. O operon thrABC presente no genoma de E. coli é responsável pela síntese das principais enzimas envolvidas na biossíntese de treonina, que são: Aspartato Quinase, Homoserina Desidrogenase e Treonina Sintase. A estratégia adotada foi a superexpressão de apenas o gene thrB, contendo o promotor sintético pJ23100. Outra estratégia envolveu a engenharia de sistemas exportadores e importadores de treonina, que permitiu aumentar a produção, facilitando a acumulação extracelular de treonina. Dessa forma, a superexpressão de outro gene, o rhtC mostrou-se como uma alternativa para aumentar a concentração extracelular do aminoácido sem prejudicar a sua produção. Além disso, a deleção dos genes tdcC e sstT, responsáveis pela importação da treonina presente no meio para o interior da célula também se mostrou como uma alternativa promissora no aumento da quantidade produzida desse aminoácido. Como resultado, a superexpressão dos genes thrB e o rhtC foi a principal estratégia adotada. A bactéria utilizada como plataforma para a superexpressão foi uma Escherichia coli MG1655, com os genes metJ e lysA previamente nocauteados. O gene metJ é um inibidor da enzima Aspartato Quinase, enquanto o nocaute do gene lysA torna a bactéria auxotrófica no aminoácido lisina, cuja via para síntese é concorrente da via da treonina. Ao total foram gerados 8 mutantes, sendo a linhagem MG1655 ΔMetJ ΔlysA pBBR-rhtC-thrB a que apresentou os melhores resultados de produção em agitador rotativo. Por esse motivo ela foi escolhida para ensaio em biorreator, atingindo uma concentração de treonina de 15,2 g/L em 48 horas de ensaio.

This work carried aims to develop a process of industrial production of the essential amino acid L-threonine. Mutant strains of the bacterium Escherichia coli were engineered to produce L-threonine through a biotechnological route. Metabolic engineering strategies were used to modify certain metabolic pathways to direct the carbon flow to the synthesis of the amino acid. The main enzymes in the L-threonine synthetic pathway were overexpressed. The thrABC operon present in E. coli genome is responsible for the synthesis of the main enzymes involved in threonine biosynthesis, which are: Aspartate Kinase, Homoserine Dehydrogenase and Threonine Synthase. The strategy adopted was to overexpress only the thrB gene, attached to the synthetic promoter pJ23100. Another strategy involved the engineering of threonine exporting and importing systems, which allowed for increased production, facilitating the extracellular accumulation of threonine. Thus, the overexpression of another gene, rhtC, proved to be an alternative to increase the threonine extracellular concentration, without harming its production. In addition, the deletion of the tdcC and sstT genes, responsible for importing threonine present in the medium into the cell, also proved to be a promising alternative for increasing the amount of this amino acid produced. As a result, the overexpression of thrB and rhtC genes was the main strategy adopted. The bacterium used as a platform for overexpression was the Escherichia coli MG1655, with the metJ and lysA genes previously knocked out. The metJ gene is an inhibitor of the Aspartate Kinase enzyme, while the knockout of the lysA gene turns the bacteria auxotrophic into the amino acid lysine, whose pathway for synthesis is concurrent with the threonine pathway. In total, 8 mutants were generated, and the MG1655 ΔmetJ ΔlysA pBBRrhtC-thrB strain presented the best production results in flasks. For this reason, it was selected for testing in a bioreactor, reaching a threonine concentration of 15.2 g / L in 48 hours of testing.