Descoberta de nova “ferramenta molecular”, com uso do supercomputador Santos Dumont, pode transformar resíduos agroindustriais em energia limpa

Você já parou para pensar no destino do bagaço de cana-de-açúcar, da palha de milho ou das aparas de madeira? Em vez de descartados, esses resíduos podem se tornar fontes valiosas de energia e bioprodutos sustentáveis, graças à descoberta de uma nova enzima com potencial de revolucionar a conversão de biomassa.

A celulose, principal componente desses materiais, é o biopolímero mais abundante da Terra. Apesar de seu enorme potencial como fonte de açúcares fermentáveis para produção de biocombustíveis e insumos industriais, sua estrutura altamente organizada e resistente torna a degradação um desafio tecnológico. Agora, uma equipe de cientistas, reunindo pesquisadores brasileiros e estrangeiros, identificou uma nova estratégia natural para superar essa barreira, combinando experimentos avançados e modelagem computacional de alto desempenho.

O estudo foi liderado por Mario T. Murakami, do Laboratório Nacional de Biorrenováveis, no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), e envolveu pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), além de colaboradores da Aix-Marseille University (França), do Institut National de la Recherche Agronomique (INRA/França), do Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS/França), da Universidade de São Paulo (USP) e da Technical University of Denmark (Dinamarca).

As análises computacionais foram realizadas com o uso do supercomputador Santos Dumont, instalado no Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC/MCTI), permitindo simulações em nível atômico que ajudaram a elucidar o mecanismo de ação da enzima e sua estrutura singular.

O trabalho resultou no artigo “A metagenomic ‘dark matter’ enzyme catalyses oxidative cellulose conversion”, publicado na conceituada revista Nature.

Uma enzima inédita vinda da “matéria escura” genômica

A equipe descobriu um novo microrganismo especializado na degradação de biomassa vegetal e identificou uma enzima metálica até então desconhecida. Diferentemente das enzimas tradicionais, essa nova “ferramenta molecular” atua de forma seletiva: promove a oxidação da celulose em sua extremidade, como se desenrolasse um fio, gerando exclusivamente ácido celobiônico, molécula de interesse para a produção de biocombustíveis e outros bioprodutos de alto valor agregado.

A estrutura da enzima também surpreendeu os pesquisadores. Ela funciona como um sistema duplo integrado: uma de suas partes produz peróxido de hidrogênio, essencial para a reação, enquanto a outra, contendo um íon de cobre, realiza diretamente o ataque oxidativo à celulose. Esse mecanismo coordenado aumenta a eficiência do processo de conversão.

Para testar seu potencial aplicado, os cientistas inseriram o gene da nova enzima em um fungo já utilizado industrialmente. O resultado foi um aumento significativo na liberação de açúcares a partir de biomassa pré-tratada, cosiderada etapa fundamental na produção de etanol celulósico e outros biocombustíveis avançados.

A descoberta amplia a compreensão sobre como a biomassa é degradada na natureza e abre caminho para rotas biotecnológicas mais eficientes, sustentáveis e economicamente viáveis. Ao aproveitar resíduos agroindustriais abundantes no Brasil e no mundo, a nova enzima pode contribuir diretamente para a transição energética e para o fortalecimento de uma economia demais verde e baseada na natureza.

Atualmente, a equipe segue avançando em novas simulações com essa enzima, utilizando o supercomputador Santos Dumont, e aguarda com grande expectativa os próximos resultados, que podem ampliar ainda mais o entendimento de seu mecanismo e potencial biotecnológico.

Saiba mais:

Acesse o artigo: https://www.nature.com/articles/s41586-024-08553-z

Supercomputador Santos Dumont: https://sdumont.lncc.br/

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