Imagine um futuro onde o combustível do seu carro seja fabricado exatamente como a sua cerveja favorita. Esta visão está a aproximar-se da realidade com o advento da produção de biocombustíveis, com pequenas células de levedura na vanguarda da conversão de materiais orgânicos renováveis em energia. No entanto, estas microcervejarias enfrentam um desafio: são muito sensíveis aos produtos que ajudam a criar. Compostos como o isobutanol, embora possuam qualidades de combustível superiores, perturbam o delicado equilíbrio dentro das células de levedura e representam um grande obstáculo à produção de biocombustíveis.
Para contornar esse obstáculo, encontramos uma forma criativa de equipar a levedura com uma camada protetora que resiste aos efeitos agressivos do isobutanol. Seguindo o exemplo da natureza, descobriu-se que proteínas de organismos superiores, chamadas anexinas, poderiam ser introduzidas na levedura para fortalecer a sua barreira celular. Estas proteínas actuam como uma armadura, estabilizando as camadas exteriores das células, protegendo-as dos danos causados pelos biocombustíveis e assinalando uma potencial revolução na forma como aproveitamos a energia sustentável. Este avanço não visa apenas aumentar a eficiência da produção de biocombustíveis, mas também marca um passo importante no nosso caminho em direção a soluções de energia verde.
O professor Carl Creutz, da Universidade da Virgínia, liderou uma grande inovação que aumentará significativamente a eficiência da produção de biocombustíveis. Sua pesquisa, documentada em Relatórios Científicos, mostra como a incorporação de anexina de metazoários em células de levedura as torna imunes aos efeitos tóxicos do isobutanol. Esta solução aborda uma questão fundamental na produção de biocombustíveis: o impacto negativo dos biocombustíveis nos principais microrganismos envolvidos no processo de fermentação.
A produção de biocombustíveis é uma estratégia global para as energias renováveis, mas é desafiada pela toxicidade de substâncias como o isobutanol para a levedura, necessária para a fermentação. O professor Creutz detalhou a estratégia adotada, afirmando: “A adição de uma proteína metazoária dependente de cálcio chamada anexina, que se liga às membranas celulares, mitiga os efeitos nocivos do isobutanol na vida e na complexa função da membrana de S. cerevisiae”. A essência da pesquisa de Creutz reside nas propriedades protetoras das anexinas. Estas proteínas protegem as membranas celulares das leveduras contra danos causados pelo isobutanol, aumentando assim a sobrevivência das leveduras e mantendo as funções essenciais da fermentação. “As anexinas podem agir como um ‘curativo molecular’, concentrando-se precisamente no local do dano à membrana”, disse Creutz, explicando como funcionam essas proteínas.
Parte A. A anexina (representada pela bobina vermelha) liga-se aos íons de cálcio que atravessam a membrana através de defeitos causados por biocombustíveis hidrofóbicos. A anexina repara vazamentos restaurando a estrutura normal da membrana.
Parte b. As anexinas são produzidas em células de levedura pela expressão de genes de animais ou plantas multicelulares. Produzir anexina suficiente para cobrir todos os locais Danos na membrana.
Parte c. Na presença de 2% de isobutanol, a produção de anexina aumenta a viabilidade da levedura. O crescimento de levedura é detectado medindo a turbidez (turbidez) da cultura de levedura usando um espectrofotômetro (medido em unidades de absorção – abreviado como A600). Após 24 horas em isobutanol, se não for produzida anexina (“nenhuma”), não será observado crescimento de células de levedura. As células de levedura crescem significativamente se uma das três anexinas humanas (ANX1, ANX2 ou ANX6) ou helmintos (nematóides) for produzida Anexina (NEX1).
Parte d. Após 48 horas em isobutanol, apenas as culturas ANX6 e NEX1 permaneceram viáveis, indicando as capacidades superiores de reparação de membrana destas anexinas.
Ao explorar a sua abordagem, Creutz combinou engenharia genética e testes exaustivos para destacar o papel protetor da anexina. Ao expressar várias anexinas humanas e de C. elegans em células de levedura, o estudo avaliou a sua capacidade de neutralizar os efeitos tóxicos do isobutanol, demonstrando o seu papel em cenários que vão desde a inibição direta do crescimento até à capacidade de ajudar a levedura a remodelar as suas membranas à medida que se adapta a diferentes ambientes de crescimento.
Em testes em que as culturas de levedura enfrentaram níveis de isobutanol que normalmente inibem o crescimento, aquelas modificadas para expressar anexina mostraram recuperação significativa em comparação com controlos inalterados. Esta durabilidade resulta da capacidade da anexina de “reparar” locais de danos na membrana, permitindo que a levedura prospere mesmo sob as condições desafiadoras impostas pelo isobutanol.
Além disso, a anexina facilita muito a conversão das células de levedura de glicose em galactose na presença de isobutanol (uma alteração importante que requer modificação da membrana para absorver galactose). Isto não só implica proteção contra a toxicidade, mas também indica um aumento na adaptabilidade das leveduras, o que é crucial para a eficiência da produção de biocombustíveis.
Para além da produção de biocombustíveis, as implicações desta investigação são enormes, sugerindo potenciais aplicações em biotecnologia, fornecendo uma nova forma de aumentar a resistência microbiana a compostos hidrofóbicos. Isto poderá ter impacto na produção de produtos farmacêuticos e outros produtos químicos, demonstrando a ampla aplicabilidade da tecnologia da anexina.
A contribuição do Professor Kreutz representa um salto gigante nos nossos esforços para encontrar soluções energéticas sustentáveis. Ao explorar o papel protector das anexinas, esta investigação não só supera um grande desafio na produção de biocombustíveis, mas também abre novos caminhos para a inovação biotecnológica, anunciando uma era de soluções energéticas sustentáveis mais eficientes e amigas do ambiente.
Referência do diário
Carl E. Creutz, Expressão de anexina metazoária em levedura protege contra os efeitos deletérios do biocombustível isobutanol, Scientific Reports, 2019. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-55169-9.
Sobre o autor
Professor Carl E. Creutz, Ph.D.. em física pela Universidade de Stanford (1969), mestrado em física pela Universidade de Wisconsin (1970) e doutorado. Dr. Creutz recebeu seu PhD em biofísica pela Universidade Johns Hopkins em 1976 e depois atuou como pesquisador (1976-1979) e pesquisador sênior (1980-1981) no NIH em Bethesda, Maryland, conduzindo pesquisas básicas em biologia molecular e celular. Em 1981, foi contratado como professor assistente no Departamento de Farmacologia da Universidade da Virgínia. Ele foi promovido a professor associado em 1987 e professor em 1994. Em 2003, o Dr. Creutz foi selecionado como Professor de Ensino de Medicina em Farmacologia Harrison, cargo que ocupa simultaneamente como professor de farmacologia.
