Para Quem Tem Pressa
Pesquisadores do Instituto de Biociências da USP descobriram na raiz da própria cana-de-açúcar uma enzima (ScASD1) capaz de multiplicar por seis a liberação de açúcares fermentáveis a partir do bagaço. Em vez de recorrer aos tradicionais fungos ou bactérias, o estudo usou biomimética: investigou a formação do aerênquima, processo natural em que a raiz degrada a própria parede celular para respirar em solos alagados. O resultado abre caminho para reduzir custos na produção do etanol de segunda geração (2G) sem a necessidade de abrir novas áreas de plantio.
O aproveitamento do bagaço da cana-de-açúcar para a fabricação de etanol de segunda geração (2G) sempre esbarrou em um obstáculo biológico: a dureza da parede celular da planta. Para contornar essa barreira sem recorrer apenas a microrganismos externos, pesquisadores do Laboratório de Ecologia Fisiológica de Plantas do Instituto de Biociências (IB) da Universidade de São Paulo (USP) voltaram os olhos para a fisiologia da própria cultura.
O trabalho, publicado no periódico científico internacional Journal of Experimental Botany, identificou uma enzima nativa da planta que elevou em seis vezes a liberação de açúcares redutores quando combinada a coquetéis enzimáticos comerciais já existentes no mercado.
O achado apoia diretamente os esforços para tornar o etanol 2G economicamente viável em escala industrial, ampliando a oferta de biocombustível limpo a partir de resíduos lignocelulósicos que hoje são subutilizados ou queimados nas usinas.
O segredo do aerênquima radicular
A parede celular das gramíneas funciona como uma malha resistente de polissacarídeos interligados, o que torna os coquetéis enzimáticos industriais caros e de digestão lenta. A equipe coordenada pelo professor Marcos S. Buckeridge decidiu investigar se a própria cana possuía mecanismos biológicos para desmontar essa estrutura.
A resposta estava no aerênquima lisigênico. Esse processo de adaptação ocorre quando a cana está em solos encharcados: a planta induz a morte celular programada em partes do córtex da raiz para criar canais internos de ar, permitindo a circulação de oxigênio. Durante essa formação, a raiz desfaz sua parede celular seguindo uma ordem bioquímica precisa — primeiro remove as pectinas, em seguida hidrolisa as hemiceluloses e, ao final, quebra a celulose. Essa sequência é rigorosamente a mesma exigida pelos processos industriais para converter o bagaço pré-tratado em açúcares fermentáveis.
Utilizando transcriptômica espacial na cultivar comercial SP80-3280, a equipe fatiou as raízes em quatro segmentos de 1 centímetro — variando desde a ponta meristemática intacta até a base com 30% de aerênquima formado. O sequenciamento de RNA revelou a dinâmica de ativação gênica ao longo do desenvolvimento desse tecido, mapeando 32.775 transcritos diferencialmente expressos.
Desempenho da enzima ScASD1
Entre os genes mapeados, destacou-se o da enzima ScASD1, classificada como uma alfa-L-arabinofuranosidase. A candidata foi selecionada por apresentar forte indução durante as fases ativas de quebra celular, estrutura tridimensional conservada e ausência de N-glicosilação, característica que facilita a expressão biotecnológica em leveduras.
Nos testes laboratoriais com bagaço de cana pré-tratado, a adição da ScASD1 a um coquetel enzimático comercial ampliou a liberação de açúcares redutores de maneira proporcional à dosagem aplicada. O rendimento superou a marca de 30 mil nanomols por mililitro — volume seis vezes maior do que o obtido exclusivamente com o coquetel tradicional.
Segundo os pesquisadores, a etapa de hidrólise enzimática responde por quase 20% de todo o custo de produção do etanol de segunda geração. Ao acelerar a conversão da biomassa residual em carboidratos fermentáveis, a formulação reduz o tempo de processamento e os custos operacionais das biorrefinarias.
O projeto foi conduzido no âmbito do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (INCT do Bioetanol), com apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), contando também com a colaboração do Centro de Pesquisa em Inovação de Gases de Efeito Estufa (RCGI). Para que a enzima alcance o mercado comercial em grande escala, as etapas seguintes devem focar em análises tecno-econômicas e de ciclo de vida nas plantas de processamento.
fonte/crédito: Imagem destacada ilustrativa gerada por IA.
Fonte original: USP — enzima ScASD1 e açúcares fermentáveis