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Jun 01, 2023

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Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19445 (2022) Citar este artigo

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Trichoderma reesei é um hospedeiro amplamente utilizado para a produção de coquetéis de celulases e hemicelulases para degradação de biomassa lignocelulósica. Aqui, relatamos uma estratégia de modificação genética para T. reesei industrial que permite a produção de enzimas usando glicose simples sem indutores, como celulose, lactose e soforose. Anteriormente, o mutante XYR1V821F ou XYR1A824V era conhecido por induzir xilanase e celulase usando apenas glicose como fonte de carbono, mas sua composição enzimática era tendenciosa para xilanases e seu desempenho era insuficiente para degradar a lignocelulose com eficiência. Portanto, examinamos combinações de XYR1V821F mutado e CRT1, BGLR, VIB1, ACE2 ou ACE3 constitutivamente expressos, conhecidos como reguladores de celulase e fatores essenciais para a expressão de celulase para a cepa T. reesei E1AB1 que foi altamente mutagenizada para melhorar a produtividade enzimática e expressar uma ß-glicosidase para alto desempenho enzimático. Os resultados mostraram que a expressão de ACE3 para a cepa mutante que expressa XYR1V821F promoveu a expressão de celulase. Além disso, a co-expressão desses dois fatores de transcrição também resultou em aumento da produtividade, com produtividade enzimática 1,5 vezes maior do que com a expressão única convencional de XYR1V821F mutante. Além disso, essa produtividade foi 5,5 vezes maior em comparação com a produtividade com uma expressão única aprimorada de ACE3. Além disso, embora o domínio de ligação ao DNA do ACE3 tenha sido considerado essencial para a produção de celulase livre de indutor, descobrimos que o ACE3 com um domínio de ligação ao DNA parcialmente truncado foi mais eficaz na produção de celulase quando co-expresso com um mutante XYR1V821F. Este estudo demonstra que a co-expressão dos dois fatores de transcrição, o mutante XYR1V821F ou XYR1A824V e ACE3, resultou em composição enzimática otimizada e aumento da produtividade.

A substituição de combustíveis fósseis por fontes de energia ambientalmente limpas e renováveis ​​é essencial para a construção de uma sociedade sustentável. A biomassa lignocelulósica é a matéria-prima sustentável mais abundante para biorrefinarias e produção de biocombustíveis. Portanto, a utilização efetiva da biomassa lignocelulósica pode ajudar a resolver o problema1,2.

Para utilizar a biomassa lignocelulósica como matéria-prima, é necessário hidrolisar a biomassa lignocelulósica em açúcares simples usando celulase e hemicelulase. Celulases extracelulares e hemicelulases para degradação de biomassa lignocelulósica são produzidas principalmente por fungos filamentosos3. Especialmente o fungo filamentoso Trichoderma reesei (teleomorfo Hypocrea jecorna) é um microrganismo bem conhecido que produz grandes quantidades de enzimas extracelulares mistas de celulase e hemicelulase para a degradação da biomassa lignocelulósica4,5. Espera-se que seja o esteio da produção comercial de celulase, considerando relatos de que cepas industriais de T. reesei podem ser usadas para obter até mais de 80 g/L de proteína extracelular4,6,7,8. No entanto, a hidrólise enzimática da biomassa lignocelulósica requer grandes quantidades de enzimas lignocelulíticas, e o alto custo das enzimas é reconhecido como um grande gargalo na produção de biocombustíveis lignocelulósicos9,10,11,12.

Uma das melhores soluções é aumentar a capacidade de produção de enzimas e usar fontes de carbono baratas, como a glicose. Portanto, os mecanismos reguladores da expressão da celulase devem ser bem compreendidos. No entanto, a expressão da celulase é complexamente regulada por vários fatores de transcrição (FTs), que podem influenciar direta ou indiretamente a expressão do gene da celulase13. Portanto, os papéis específicos de vários fatores e sua rede regulatória completa ainda não são totalmente compreendidos. Estudos anteriores demonstraram o papel de vários reguladores de celulase. Enquanto XYR1, HAP2/3/5, ACE2, VEL1, ACE3, ARE1, CRZ1, STR1 e VIB1 são reguladores positivos, CRE1, ACE1, RCE1, CTF1, LAE1 e PAC1 são identificados como reguladores negativos14,15. A expressão do gene da celulase requer a liberação da repressão catabólica de carbono (CCR)16. Portanto, a modificação dos reguladores da celulase por tecnologia genética é considerada eficaz.