A systematic multicriteria-based approach to support product portfolio selection in microalgae biorefineries

FEV-2024 Avaliações da sustentabilidade de uma cadeia de produção podem ser complexas. Este estudo propôs uma metodologia para a seleção de produtos e configurações de biorrefinarias, integrando critérios técnicos, econômicos e ambientais na tomada de decisão. Como estudo de caso selecionou-se portfólios de produtos derivados de microalgas. Os ácidos succínico, cítrico e acrílico foram classificados como os principais bioprodutos derivados de carboidratos. Foram também apontadas diferentes combinações de cepas e condições de cultivo.

Plant structural and storage glucans trigger distinct transcriptional responses that modulate the motility of Xanthomonas pathogens

NOV-2023 As bactérias Xanthomonas são patogênicas para uma variedade de culturas relevantes e possuem um vasto repertório de enzimas ativas sobre carboidratos (CAZymes) de potencial uso industrial. Neste estudo verificou-se como diferentes carboidratos vegetais regulam a motilidade dessa bactéria, o que pode ter implicações no processo de infecção da planta hospedeira. Investigou-se também enzimas utilizadas para liberar glicose da celulose e amido, sendo inspiração para o desenvolvimento de coquetéis enzimáticos industriais.

Bioenergy-livestock integration in Brazil: Unraveling potentials for energy production and climate change mitigation

OUT-2023 Atender às futuras demandas de alimentos e energia reduzindo as emissões de gases de efeito estufa (GEE) é um desafio. Este artigo explora os potenciais espacialmente explícitos para produzir alimentos e energia no Brasil ao expandir os sistemas integrados de bioenergia e pecuária sob restrições de uso da terra. Os sistemas integrados podem coproduzir alimentos, ração e energia usando menos terra se comparado aos sistemas convencionais. Há um grande potencial para mitigar as emissões GEE de forma lucrativa, preservando os biomas e a biodiversidade.

From enzyme to cell-factory: Economic and environmental assessment of biobased pathways to unlock the potential of long-haul transportation biofuels

JUL-2023 As rotas biológicas surgem como uma alternativa promissora para a descarbonização do setor de transporte de longa distância. Este estudo avaliou os impactos técnico-econômicos e ambientais de rotas biológicas para obtenção de biocombustíveis de longa distância (hidrocarbonetos), visando identificar oportunidades para engenharia metabólica. Os resultados mostraram que essas rotas podem reduzir em até 70% as emissões de gases de efeito estufa, com custo competitivo em relação aos combustíveis fósseis.

Dimer-assisted mechanism of (un)saturated fatty acid decarboxylation for alkene production

JUL-2023 O alceno é um importante intermediário químico que corresponde à aproximadamente 70% do setor de petroquímicos. Este trabalho relata a descoberta da enzima “OleTPRN” capaz de converter ácidos graxos de origem vegetal em alcenos. A enzima identificada abre um leque de oportunidades pela sua compatibilidade com microrganismos industrialmente relevantes e por possibilitar o uso de uma ampla faixa de matérias-primas como aquelas ricas em ácido oleico, um dos mais abundantes ácidos graxos da natureza.

Glycosidase mechanisms: Sugar conformations and reactivity in endo- and exo-acting enzymes

JUN-2023 As hidrolases glicosídicas são enzimas cruciais para a despolimerização de polissacarídeos complexos e possuem papel fundamental em uma série de processos biológicos e biotecnológicos que envolvem a biomassa vegetal. Nesse trabalho, utilizamos simulações computacionais para determinar como a topologia do sítio ativo e o modo de ação influenciam as rotas catalíticas adotadas por essa classe de enzimas, guiando o uso racional desses biocatalisadores para processos industriais.

Biomass yield, nutrient removal, and chemical composition of energy cane genotypes in Southeast Brazil

JUN-2023 A cana energia tem sido apontada com uma cultura promissora para a produção de bioenergia. Entretanto, existem poucas informações sobre o potencial produtivo e composição química desta biomassa. Neste estudo observou se que, comparado à cana-de-açúcar, a cana energia apresenta maior produtividade de biomassa (~25%), maior teor de fibra (~40%), menor teor de sacarose (~60%), menor quantidade de extrativos (~50%) e ainda extrai maiores quantidades de nutrientes do solo.

Enzymatic systems for carbohydrate utilization and biosynthesis in Xanthomonas and their role in pathogenesis and tissue specificity

MAI-2023 Xanthomonas são bactérias que causam doenças em várias culturas agrícolas importantes para a segurança alimentar global e possuem um rico repertório de enzimas de grande interesse biotecnológico, seja para a sacarificação de biomassas lignocelulósicas como também para a síntese de emulsificantes naturais como a goma xantana. Esse artigo de revisão descreve o conhecimento atual sobre sistemas enzimáticos utilizados por essas bactérias para despolimerizar e assimilar polissacarídeos vegetais e para produzir exopolissacarídeos como a goma xantana, destacando onde está a fronteira do conhecimento dentro dessa temática.

Decentralization of sustainable aviation fuel production in Brazil through Biomass-to-Liquids routes: A techno-economic and environmental evaluation

MAI-2023 Até 2040, espera-se que pelo menos 50% do combustível usado na aviação seja sustentável. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a produção de combustível sustentável de aviação pela rota de gaseificação e síntese Fischer-Tropsch, considerando as principais estratégias de implementação na indústria brasileira de cana-de-açúcar. Os resultados fornecem uma visão dos cenários em que os biocombustíveis poderiam competir e substituir o querosene de aviação fóssil.

Bacterial volatile organic compounds (VOCs) promote growth and induce metabolic changes in rice

MAI-2023 Agroquímicos utilizados no setor agrícola podem ser derivados de fontes não renováveis e causar impactos ambientais. Uma alternativa seria o uso de moléculas bioativas microbianas. Neste trabalho é descrito pela primeira vez a promoção de crescimento de arroz por moléculas voláteis bacterianas. Em adição, vias metabólicas do arroz possivelmente moduladas por estas moléculas foram identificadas. Esses resultados podem auxiliar no desenvolvimento de bioprodutos visando uma agricultura mais sustentável.

From micro- to nano- and time-resolved x-ray computed tomography: Bio-based applications, synchrotron capabilities, and data-driven processing

MAI-2023 A tomografia computadorizada de raios-X é uma técnica não destrutiva versátil que tem sido amplamente usada para investigar sistemas de base biológica em várias áreas de aplicação. Este artigo de revisão apresenta aplicações de tomografia de raios-X para sistemas de base biológica, capacidades síncrotron que permitem nanotomografia e experimentos resolvidos no tempo, e os desafios e técnicas computacionais que surgem do dilúvio de dados gerados em modernas linhas de luz de tomografia.

Depolymerization of enzymatic hydrolysis lignin: Review of technologies and opportunities for research

MAI-2023 O avanço do etanol celulósico, baseado na hidrólise enzimática da celulose, gera grandes volumes de resíduo sólido rico em lignina. Neste artigo de revisão, a lignina de hidrólise enzimática é apresentada como uma matéria-prima renovável com características singulares de custo, disponibilidade, transportabilidade, pureza e reatividade. A despolimerização dessa lignina abre oportunidades para obtenção de biocarvões, bioquímicos e biocombustíveis líquidos em uma nova plataforma de biorrenováveis.

Mechanism of high-mannose N-glycan breakdown and metabolism by Bifidobacterium longum

MAI-2023 Este trabalho elucidou os principais mecanismos moleculares empregados pelas bifidobactérias para se alimentar de N-glicanos, carboidratos complexos encontrados em glicoproteínas do nosso lúmen intestinal. As bifidobactérias são os primeiros colonizadores do intestino humano e este estudo ampliou nosso conhecimento sobre como elas utilizam carboidratos complexos como nutrientes para sobreviver em um nicho competitivo, trazendo benefícios para nossa saúde e inspiração para o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em enzimas.

The power of the smallest: The inhibitory activity of microbial volatile organic compounds against phytopathogens

MAI-2023 Agroquímicos utilizados no setor são usualmente derivados de fontes não renováveis e podem causar diversos impactos ambientais. Uma estratégia ambientalmente amigável é o uso de moléculas bioativas produzidas por microrganismos. Esta revisão demonstra como algumas destas moléculas podem inibir o crescimento de fitopatógenos, tanto in vitro quanto in vivo. Em adição, é descrito seus mecanismos de ação, e alguns gargalos para o desenvolvimento de produtos biológicos a base destas moléculas.

How lignin sticks to cellulose—insights from atomic force microscopy enhanced by machine-learning analysis and molecular dynamics simulations

JAN-2023 As interações entre celulose e lignina são chave para a transformação da biomassa em biorrenováveis. Este trabalho desenvolveu nova abordagem para investigar as forças entre celulose e lignina, empregando microscopia de força atômica, análise de curvas força-distância com técnicas de aprendizado de máquina e simulações de dinâmica molecular. Os resultados permitem propor novas estratégias para desestabilizar as interações e aprimorar a separação de celulose e lignina.

Fate of silica phytoliths in the industrial crushing of sugarcane stalks

JAN-2023 Gramíneas como a cana-de-açúcar contém estruturas rígidas e microscópicas de sílica biogênica (fitólitos) em sua composição. Este trabalho empregou técnicas de imagem, fracionamento e incineração para determinar o destino dos fitólitos na moagem industrial dos colmos da cana. Os resultados mostram diferentes graus de ruptura e integridade dos tecidos vegetais e dos fitólitos, contribuindo para a compreensão de potenciais interferências nos processos de conversão do bagaço e potencial para obtenção de bioprodutos de sílica.

Glycoside hydrolase subfamily GH5_57 features a highly redesigned catalytic interface to process complex hetero-β-mannans

DEZ-2022 As hidrolases glicosídicas (GH) constituem a principal classe de enzimas responsáveis pela despolimerização da parede celular vegetal. Nesse estudo, a estrutura tridimensional de uma nova enzima, juntamente com ensaios bioquímicos e análises filogenéticas possibilitaram o estabelecimento de uma subfamília inédita de GH, a GH5_57. Esta descoberta abre novas perspectivas para o processamento de um importante carboidrato por meio de mananases, enzimas que possuem diversas aplicações industriais.

Exploring the compatibility between hydrothermal depolymerization of alkaline lignin from sugarcane bagasse and metabolization of the aromatics by bacteria

DEZ-2022 Lignina é uma macromolécula aromática com potencial para produção de produtos químicos biorrenováveis. Neste estudo, lignina de bagaço de cana-de-açúcar foi processada em condições hidrotérmicas. Um bio-óleo obtido, rico em monômeros aromáticos, promoveu o crescimento de 9 espécies de bactérias, com destaque para Pseudomonas sp. LIM05 e Burkholderia sp. LIM09. Esses resultados mostram estratégia promissora para integração entre processo hidrotérmico e bioconversão para valorização de lignina.

Mechanism of high-mannose N-glycan breakdown and metabolism by Bifidobacterium longum

DEC-2022 Este trabalho elucidou os principais mecanismos moleculares empregados pelas bifidobactérias para se alimentar de N-glicanos, carboidratos complexos encontrados em glicoproteínas do nosso lúmen intestinal. As bifidobactérias são os primeiros colonizadores do intestino humano e este estudo ampliou nosso conhecimento sobre como elas utilizam carboidratos complexos como nutrientes para sobreviver em um nicho competitivo, trazendo benefícios para nossa saúde e inspiração para o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em enzimas.

Development of an economically competitive Trichoderma-based platform for enzyme production: Bioprocess optimization, pilot plant scale-up, techno-economic analysis and life cycle assessment

DEZ-2022 O coquetel enzimático para sacarificação do bagaço de cana-de-açúcar é um elemento chave para viabilização do etanol celulósico. Nesse sentido, foi realizada a otimização dos principais parâmetros operacionais para o crescimento e produção enzimática em escala de bancada e piloto pela cepa fúngica previamente desenvolvida pelo LNBR/CNPEM. Os resultados das avaliações mostraram que a plataforma é economicamente e ambientalmente competitiva quando comparadas a literatura e alternativas comerciais.

Integrating carbon footprint to spatialized modeling: The mitigation potential of sugarcane ethanol production in the Brazilian Center-South

NOV-2022 Este estudo demonstra o uso de uma plataforma de avaliação de impactos econômicos e ambientais, desenvolvida no CNPEM, que considera aspectos regionais na produção de etanol, revelando potencial de ganhos ambientais e de receita com Créditos de Descarbonização (CBIOS). A estrutura georreferenciada proposta mostrou variações espaciais significativas que devem ser contabilizadas em futuras avaliações, com intuito de garantir a produção de biorrenováveis de forma sustentável.

Site-selective proteolytic cleavage of plant viruses by photoactive chiral nanoparticles

NOV-2022 Nanoparticulas quirais podem ser utilizadas para diminuir de prejuízos nas lavouras causados pelo vírus mosaico do tabaco com impactos ambientas reduzidos em relação aos pesticidas comuns. O defensivo químico desenvolvido é praticamente inócuo para a planta e para o meio ambiente. O estudo mostra que é possível combater doenças de forma específica e eficiente controlando-se o tamanho e a quiralidade dos nanomateriais por meio da funcionalização com moléculas orgânicas quirais.

RNA-seq based transcriptomic analysis of the non-conventional yeast Spathaspora passalidarum during Melle-boinot cell recycle in xylose-glucose mixtures

NOV-2022 Leveduras não convencionais capazes de fermentar xilose são alternativas promissoras para a produção de etanol de segunda geração. Este trabalho estudou o impacto do processo Melle-Boinot na fisiologia da levedura não convencional Spathaspora passalidarum. A reprogramação metabólica observada resultou em aumento no rendimento e produtividade de etanol. Estes resultados podem guiar o desenvolvimento de novos microrganismos para viabilizar a produção de energia renovável a partir de biomassa.

Techno-economic and environmental assessment of polylactic acid production integrated with the sugarcane value chain

SET-2022 Os bioplásticos renováveis podem contribuir para mitigação de mudanças climáticas. Porém, sua utilização é ainda limitada pelo alto custo comparado aos tradicionais polímeros fósseis. Neste estudo, o processo produtivo do poli(ácido láctico) (PLA) derivado de caldo de cana-de-açúcar é avaliado sob as perspectivas técnico-econômica e ambiental. Sua integração com a cadeia produtiva da cana-de-açúcar brasileira é estratégica para reduzir os custos de produção e melhorar a competitividade do PLA.

Integration of first- and second-generation ethanol production: Evaluation of a mathematical model to describe sucrose and xylose co-fermentation by recombinant Saccharomyces cerevisiae

AGO-2022 Leveduras geneticamente modificadas são uteis para otimizar o desenvolvimento de bioprocessos para produção de biocombustíveis de segunda geração. Este trabalho propõe modelos cinéticos para descrever o metabolismo de uma levedura geneticamente modificada na co-fermentação de açúcares (sacarose, glicose, frutose e xilose) oriundos da cana-de-açúcar. O modelo permitiu avaliar o impacto da concentração celular e de diferentes fontes de carbono na produção de etanol em uma biorrefinaria integrada.

Density Functional Theory with Implicit Solvents for Accurate Estimation of Aqueous and Organic Solvation Free Energies of Lignin Fragments

AGO-2022 A lignina é a principal fonte potencial de moléculas aromáticas renováveis, mas propriedades em solução de seus fragmentos de despolimerização ainda não são descritas de maneira precisa e abrangente. Neste trabalho foi modelada a solvatação de grande número destes fragmentos em água e em solventes orgânicos com métodos de química quântica. Foi alcançada precisão sem precedentes, avanço fundamental para a modelagem computacional do processamento da lignina em combustíveis e químicos renováveis.

Simultaneous saccharification isomerization and Co-fermentation – SSICF: A new process concept for second-generation ethanol biorefineries combining immobilized recombinant enzymes and non-GMO Saccharomyces

AGO-2022 Estratégias integradas de bioprocessos podem facilitar a produção de etanol a partir de açúcares C5 e C6 de matérias-primas lignocelulósicas. Este trabalho propõe um novo conceito de processo (SSICF), onde o bagaço de cana é hidrolisado simultaneamente com a isomerização do açúcar xilose e a co-fermentação de C5 e C6. É a primeira prova de conceito bem-sucedida do SSICF com reciclagem enzimática e levedura não-GMO, um processo inovador com alto potencial para uso industrial. Patente: BR1020200111221.

Paradigm shift in xylose isomerase usage: a novel scenario with distinct applications

AGO-2022 O desenvolvimento de materiais renováveis envolve utilização adequada de fontes de carbonos renováveis. Neste contexto, o uso da D-xilose é crucial, pois é o segundo açúcar mais abundante na natureza. Esta revisão fornece uma visão geral das xiloses isomerases, enzimas que permitem o metabolismo da xilose por vários microrganismos. Abrange desde suas fontes primárias até as características bioquímicas e estruturais que influenciam seus mecanismos de ação.

Techno-economic and environmental assessment of bioenergy and livestock integrated systems in Brazil

AGO-2022 A integração da produção de bioenergia e pecuária é uma opção promissora para aliviar a pressão sobre o uso da terra. Este estudo avaliou sistemas integrados, baseados em intensificação de pastagens e uso de subprodutos de biocombustíveis como suplemento alimentar animal. Os resultados mostraram que a integração contribui para uma maior mitigação de gases de efeito estufa e para diversos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), além de ser técnica e economicamente viável.

Implications of regional agricultural land use dynamics and deforestation associated with sugarcane expansion for soil carbon stocks in Brazil

ABR-2022 O setor sucroenergético no Brasil tem contribuído para segurança energética e mitigação de mudanças climáticas. Este estudo avaliou os efeitos diretos do cultivo da cana (2002 a 2016) sobre o desmatamento e estoques de carbono no solo, tanto no território nacional quanto em duas bacias hidrográficas. A avaliação mostrou pouco impacto direto do cultivo no desmatamento, e dinâmicas de mudança do uso da terra dependentes de aspectos regionais, bem como a manutenção dos estoques de carbono nas bacias avaliadas.

Polarization-sensitive optoionic membranes from chiral plasmonic nanoparticles

MAR-2022 A associação de aminoácidos e nanoestruturas pode trazer impactos significativos no desenvolvimento de dispositivos óticos. Este trabalho mostra o desenvolvimento de um dispositivo, uma nanomembrana recoberta com nanopartículas de ouro modificadas com o aminoácido fenilalanina, capaz transformar a polarização circular da luz em informação. Além de auxiliar no entendimento de alguns processos óticos naturais, a sensitividade da técnica pode ter impacto na construção de semicondutores avançados.

Chiral phonons in microcrystals and nanofibrils of biomolecules

MAR-2022 Diferenças no arranjo tridimensional de algumas moléculas podem alterar significativamente sua função, podendo até causar malefícios. Este trabalho mostra como a radiação quiral na região de Terahertz pode ajudar a identificar a composição e arranjo de proteínas ou cristais de aminoácidos, com aplicações no controle de qualidade de suplementos nutricionais e também na identificação do acúmulo de biomoléculas nocivos à saúde, como as fibrilas de insulina e os cálculos renais.

Addressing the contributions of electricity from biomass in Brazil in the context of the Sustainable Development Goals using life cycle assessment methods

FEV-2022 Atingir as metas dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (OSD) é essencial para o futuro do nosso planeta. Este estudo propõe uma metodologia e a utiliza para comparar os impactos nos ODS da eletricidade de biomassa de cana-de-açúcar (EBC) com outras opções tecnológicas da matriz elétrica brasileira. Os resultados indicam, por exemplo, que a EBC tem um desempenho melhor nos ODS em comparação com a eletricidade produzida a partir do carvão e do petróleo. O estudo também demonstra as áreas-chave na produção de EBC que precisam ser melhoradas para contribuir melhor para a atingir as metas dos ODS, como participação feminina na força de trabalho e melhores salários.

Gut microbiome of the largest living rodent harbors unprecedented enzymatic systems to degrade plant polysaccharides

FEV-2022 A biodiversidade microbiana presente no trato digestivo da capivara, o maior roedor do mundo, é um reservatório inexplorado de enzimas aptas a superar a recalcitrância da biomassa lignocelulósica. Explorando este ambiente, por estratégias multi-ômicas combinadas com enzimologia de carboidratos, uma nova família de hidrolases glicosídicas com atividade de beta-galactosidase e nova família de módulos de ligação a carboidratos envolvida na ligação de xilano foram reveladas. Essas descobertas têm potenciais aplicações na produção de biocombustíveis, bioquímicos, biomateriais e alimentos.

Unveiling the Variability and Multiscale Structure of Soybean Hulls for Biotechnological Valorization

FEV-2022 A casca de soja é um importante resíduo agroindustrial e potencial matéria-prima para biorrenováveis. Este artigo confirma a baixa recalcitrância da casca de soja, demonstrando altos rendimentos (por exemplo, 80% de glicose) na conversão enzimática sem pré-tratamento. O artigo também apresenta uma base estrutural multiescala para a compreensão da variabilidade e recalcitrância da casca de soja.

Bacterial volatile organic compounds induce adverse ultrastructural changes and DNA damage to the sugarcane pathogenic fungus Thielaviopsis ethacetica

FEV-2022 A importância da biotecnologia na agricultura vem crescendo dada a necessidade de práticas mais sustentáveis. Neste contexto, este estudo demonstra o potencial de moléculas bioativas bacterianas, os compostos orgânicos voláteis (COVs), serem utilizadas como uma alternativa aos agroquímicos no controle de doenças de culturas agrícolas. Os resultados mostram que o tratamento com COVs ocasiona inibição do metabolismo primário, alterações morfológicas e danos ao DNA do fitopatógeno, resultando em sua morte.

Advanced technologies for electricity production in the sugarcane value chain are a strategic option in a carbon reward policy context

DEZ-2021 A produção bioenergética sustentável é necessária para atender à crescente demanda e preocupações ambientais. Este estudo compara opções típicas e avançadas para geração de eletricidade a partir de biomassa em usinas de cana-de-açúcar no Brasil. As estratégias avaliadas podem ajudar a orientar a implantação viável de tecnologias avançadas para produção de eletricidade a partir de biomassa, atendendo às demandas futuras por eletricidade sustentável.

Techno-economic assessment of HTL integration to the Brazilian sugarcane industry: An evaluation of different scenarios

DEZ-2021 O setor de transportes tem carência de biocombustíveis líquidos com maior poder calorífico para transportes de longas distâncias, como os realizados por aviões, navios e caminhões. A liquefação hidrotérmica (HTL) tem sido identificada como uma das tecnologias termoquímicas mais promissoras para a produção de biocombustíveis líquidos. O presente estudo realizou uma análise técnico-económica para compreender o desempenho económico das HTL no contexto brasileiro, indicando o potencial de ser economicamente viável se integrada numa fábrica de cana-de-açúcar.

A novel social life cycle assessment method for determining workers’ human development: a case study of the sugarcane biorefineries in Brazil

OUT-2021 A metodologia de avaliação do ciclo de vida social (ACV-S) é importante para a análise da sustentabilidade, mas precisa avançar em seu desenvolvimento metodológico. Este estudo propõe um indicador, inspirado pelo Índice de Desenvolvimento Humano (IDH), que pode ser aplicado em muitos setores e cadeias de produção. A métrica proposta para mensuração de impactos sociais, foi testada por meio de um estudo de caso da indústria canavieira no Brasil.

Paradigm shift in xylose isomerase usage: a novel scenario with distinct applications

OUT-2021 Xilose isomerases são enzimas que induzem alterações químicas em açúcares como a xilose sem afetar a fórmula molecular original. Este artigo faz uma análise abrangente sobre os aspectos biológicos, bioquímicos, estruturais e termodinâmicos das xilose isomerases conhecidas. Este trabalho também discute o uso destas enzimas em sinergia com o desenvolvimento de estratégias de engenharia de bioprocessos e de biologia sintética, ampliando o portfólio de biorrenováveis possíveis de serem obtidos a partir da xilose.

Simultaneous saccharification isomerization and Co-fermentation – SSICF: A new process concept for second-generation ethanol biorefineries combining immobilized recombinant enzymes and non-GMO Saccharomyces

OUT-2021 Estratégias integradas de bioprocessos podem facilitar a produção de etanol a partir dos açúcares glicose e xilose, presentes em material lignocelulósico. Este trabalho propõe um novo conceito de sacarificação, isomerização e co-fermentação simultânea (SSCIF) do bagaço de cana-de-açúcar. O processo envolve um sistema multi-enzimático imobilizado em nanopartículas de ferro, além do uso de levedura sem modificações genéticas, permitindo o reuso de enzimas recombinantes que são atraídas por um ímã. O processo tem patente requerida (INPI – BR 1020200111221).

Unraveling the potential of sugarcane electricity for climate change mitigation in Brazil

SET-2021 O uso integral da biomassa é essencial na busca pelo desenvolvimento sustentável. Neste estudo foram mapeados os potenciais de recolhimento da palha de cana-de-açúcar no Centro-Sul do Brasil para aproveitamento energético, ao mesmo tempo em que uma quantidade mínima foi mantida no solo para sua conservação e benefício na produtividade dos canaviais. O mapeamento mostrou que, sem aumentar nenhum hectare de cana-de-açúcar, 62% da palha pode ser estrategicamente recolhida, o que potencialmente poderia gerar mais de 100 TWh de eletricidade, o suficiente para suprir mais de 80% da demanda residencial no país. Além disso, essa eletricidade mitigaria anualmente cerca de 13% das emissões de gases de efeito estufa do setor energético brasileiro.

Loss of function of a DMR6 ortholog in tomato confers broad-spectrum disease resistance

AGO-2021 No mundo todo, as doenças das plantas são as principais causas de perda de rendimento no setor agrícola. Nesse trabalho, liderado por colaboradores da Universidade da Califórnia, a inativação de um gene de susceptibilidade do tomateiro foi explorada como abordagem para se aumentar a sua resistência contra fitopatógenos. Além de apresentar uma estratégia promissora para a engenharia de variedades agrícolas resistentes a várias doenças, esse trabalho também contribuiu para a elucidação da função do gene de susceptibilidade na homeostase do ácido salicílico, um modulador central da imunidade em plantas.

Machinery traffic in sugarcane straw removal operation: Stress transmitted and soil compaction

AGO-2021 O potencial produtivo de biomassas no Brasil, como a de cana-de-açúcar, é impactado pelo intenso tráfego de máquinas durante as operações de colheita. Este estudo mensurou os impactos nos indicadores físicos do solo, estimando o stress transmitido por um conjunto de operações mecanizadas associadas à remoção da palha de cana-de-açúcar. O enfardamento da palha, juntamente com as operações de aleiramento e transporte, resultou em maiores níveis de carga no solo, intensificando à degradação da qualidade física do solo que pode comprometer a sustentabilidade da produção de biomassa.

Exploring metal ion metabolisms to improve xylose fermentation in Saccharomyces cerevisiae

AGO-2021 Procedimentos de biologia sintética e engenharia metabólica permitem o desenvolvimento racional de microrganismos capazes de converter matéria-prima renovável para produção de bioquímicos e biocombustíveis. Este estudo explora a modificação racional de metabolismos envolvidos na homeostase de metais na levedura S. cerevisiae, resultando no aumento em 10x nas taxas de consumo de xilose, componente da biomassa. Dois genes foram destacados como novos alvos para procedimentos racionais de modificação. Nesse estudo, destaca-se um detalhado perfil temporal de expressão gênica, demonstrando aspectos singulares da fermentação de xilose.

Xyloglucan processing machinery in Xanthomonas pathogens and its role in the transcriptional activation of virulence factors

JUL-2021 Dentre os polissacarídeos da hemicelulose, a xiloglicana é uma fração significativa na maioria das plantas terrestres, com grande potencial biotecnológico. As bactérias Xanthomonas possuem dezenas de enzimas que degradam diferentes polissacarídeos, e este trabalho descreve a descoberta de uma família de enzimas, uma carboidrato esterase (CE20), que é um dos elos da maquinária de despolimerização e captação da xiloglicana. Normalmente os açucares são fontes de carbono para os micro-organismos, porém neste caso a bactéria foi além, utilizando os açucares da despolimerização da xilogicana como indutores de expressão de proteínas que auxiliam o micro-organismo a romper a parede celular e modular os mecanismos de defesa natural da planta.

Implications of regional N2O–N emission factors on sugarcane ethanol emissions and granted decarbonization certificates

JUL-2021 As emissões de óxido nitroso (N₂O) dos fertilizantes nitrogenados são as principais fontes de gases do efeito estufa (GEE) emitidas pelo etanol da cana-de-açúcar. Este estudo derivou fatores de emissão (FEs) regionais de N₂O oriundo da aplicação de N fertilizantes e avaliou como o uso destes FEs afetam as emissões do etanol e a obtenção de certificados de descarbonização (CBIOs). O uso de FEs regional reduziu em 19% as emissões de GEE do etanol de cana-de-açúcar em comparação com o uso do valor “default” proposto pelo IPCC. Dados regionais fornecem indicadores mais realistas para contabilizar as emissões do etanol de cana-de-açúcar e geram benefícios econômicos com os CBIOs adicionais obtidos pelos produtores de biocombustíveis.

Sustainability analysis of bioethanol production in Mexico by a retrofitted sugarcane industry based on the Brazilian expertise

JUL-2021 O México iniciou em 2012 uma transição para uso de energias renováveis com a estratégia de utilizar mistura de 10% de etanol na gasolina. Assim, é necessário entender como será a produção de etanol no país, que atualmente utiliza cana apenas para produção de açúcar. Este artigo mostra como as usinas açucareiras mexicanas podem ser adaptadas para produção de etanol. Realiza paralelos entre a trajetória da implantação da produção de etanol no Brasil e como essa experiência pode ser aproveitada pelo México para promover a produção sustentável de etanol.

C4 Bacterial Volatiles Improve Plant Health

JUN-2021 A busca por uma agricultura sustentável também envolve o estudo de microrganismos com potencial para melhorar o crescimento e a saúde das plantas. Esta revisão trata de pequenos metabólitos produzidos por bactérias, os compostos bacterianos voláteis (CBVs), que são capazes de ativar o sistema imune vegetal, promover o crescimento das plantas e de atuar como agentes de controle biológico. A revisão também aborda a atuação positiva de CBVs-conjugados nas plantas e o potencial de alguns CBVs como substrato para a produção de bioprodutos

Inorganics in sugarcane bagasse and straw and their impacts for bioenergy and biorefining: A review

JUN-2021 A valorização do bagaço e da palha da cana-de-açúcar enfrenta dificuldades relacionadas à qualidade dessas biomassas, principalmente em relação ao seu conteúdo de inorgânicos. Este artigo faz uma revisão sobre os tipos de inorgânicos e suas variabilidades, e os impactos dos inorgânicos em diversos processos e produtos das biorrefinarias. Na visão do artigo, a compreensão do papel dos inorgânicos é elemento chave para o desenho de biorrefinarias de gramíneas como a cana-de-açúcar.

How do nitrogen fertilization and cover crop influence soil C-N stocks and subsequent yields of sugarcane?

ABR-2021 Leguminosas fixam nitrogênio (N) da atmosfera, sendo excelentes opções para fornecer N para o sistema agrícola e indiretamente mitigar emissões de gases do efeito estufa pela redução da demanda por fertilizantes sintéticos. O cultivo de cana-de-açúcar necessita de N, mas não há relatos dos impactos de seu cultivo nos estoques de C-N. Este trabalho comprovou que a adubação nitrogenada e rotação de culturas com leguminosa aumentou em 12% a produtividade da cana-de-açúcar, aumentou os estoques de N e a biomassa microbiana do solo, mas não afetou os estoques de carbono (C) do solo.

Multilocation changes in soil carbon stocks from sugarcane straw removal for bioenergy production in Brazil

ABR-2021 O solo é o principal reservatório de carbono (C) do ecossistema terrestre e dependendo do uso da terra pode atuar como fonte ou dreno de CO2 atmosférico. A palha da cana-de-açúcar é uma importante entrada de C para os solos e tem um alto potencial para a produção de bioenergia. Este estudo avaliou os impactos da remoção de palha nos estoques de C do solo sob diferentes condições de solo e clima no Brasil. Confirmou-se que a remoção excessiva de palha diminui os estoques de C e estes impactos são mais negativos nos solos arenosos. Conclui-se que estes impactos adversos no solo devem ser incluídos em análises de ciclo de vida da bioenergia produzida à base de palha.

Electrostatic Interactions Optimization Improves Catalytic Rates and Thermotolerance on Xylanases

ABR-2021 Projetar enzimas com maquinarias catalíticas mais sofisticadas que as encontradas na natureza agiliza a geração de novas enzimas e seu uso para diversas aplicações biotecnológicas. Este trabalho descreve um novo e eficiente método guiado por computação capaz de ‘customizar’ racionalmente enzimas com taxas catalíticas e termotolerância aprimoradas. Esta nova tecnologia tem potencial impacto no desenvolvimento de produtos de relevância industrial.

Structure of the class XI myosin globular tail reveals evolutionary hallmarks for cargo recognition in plants

ABR-2021 O entendimento dos mecanismos moleculares para o transporte de componentes celulares é importante na produção de biorrenováveis, pois estão envolvidos desde a secreção de enzimas fúngicas ao crescimento vegetal. Este trabalho desvenda a estrutura, em alta resolução, de um importante domínio proteico que determina que tipo de componentes celulares serão transportados pelo motor molecular miosina. O trabalho também utilizou um novo método de faseamento experimental baseado em bibliotecas de fragmentos curtos, que ampliou o espectro de abordagens experimentais para elucidação de estruturas inéditas de proteínas.

Identifying suitable areas for expanding sugarcane ethanol production in Brazil under conservation of environmentally relevant habitats

ABR-2021 Não basta ser renovável, é necessário ser sustentável. Este trabalho mapeou as possíveis áreas com soluções ganha-ganha do ponto de vista dos serviços ecossistêmicos da produção de biorrenovávies no Brasil. Foram identificadas áreas para expansão considerando a preservação da vegetação nativa, da biodiversidade e da produção de alimentos. O estudo mostrou que temos cerca de 20 milhões de hectares para produzir cana-de-açúcar ou outras biomassas, intensificando as vantagens ambientais advindas não só da substituição de fósseis, mas também da utilização racional dos recursos naturais.

Untrafficked furrowed seedbed sustains soil physical quality in sugarcane mechanized fields

MAR-2021 A abundante produção de biomassa no Brasil sofre com o intenso tráfego de máquinas agrícolas que compactam e degradam a estrutura do solo, o que reduz seu potencial produtivo. Este trabalho observou, em cinco anos de estudo, que o uso de canteiros recupera a qualidade física e estrutural do solo sem a necessidade de práticas mecânicas de preparo de solo. O uso de sistema de canteiros melhora o crescimento de raízes e a atividade biológica do solo e torna a produção de cana-de-açúcar mais sustentável, principalmente devido à melhor qualidade física do solo.

Developing fibrillated cellulose as a sustainable technological material

FEV-2021 A celulose que compõe a biomassa vegetal pode ser isolada na forma de fibrilas de diâmetro nanométrico, gerando blocos de construção para desenvolvimento de nova família de materiais tecnológicos renováveis. Este trabalho aponta caminhos para o futuro das pesquisas e aborda questões-chave para o desenvolvimento da celulose fibrilada como plataforma de novos biomateriais sustentáveis.

Two distinct catalytic pathways for GH43 xylanolytic enzymes unveiled by X-ray and QM/MM simulations

JAN-2021 Glicosidases são enzimas envolvidas na decomposição da lignocelulose e são centrais para a valorização de resíduos agroindustriais e biotecnologia industrial. Para que essas enzimas convertam um substrato em produto, uma série de alterações conformacionais ocorrem (itinerário catalítico). Esse trabalho mostra uma glicosidase que atua através de dois itinerários catalíticos distintos, quebrando o paradigma de que somente uma rota para a conversão do substrato poderia ser adotada. A descoberta abre novos horizontes sobre o funcionamento molecular dessas enzimas e traz impactos imediatos sobre o desenvolvimento de novos biocatalisadores e inibidores.

An integrated approach to obtain xylo-oligosaccharides from sugarcane straw: From lab to pilot scale

OUT-2020 A utilização de resíduos agrícolas para obter produtos com alto valor agregado é um importante aspecto do desenvolvimento sustentável. Este trabalho mostra novas perspectivas para valorizar a palha da cana-de-açúcar na obtenção de bioprodutos, não só para produção de calor e eletricidade. Mostra o potencial da palha da cana-de-açúcar para produzir xilo-oligossacarídeos (XOS), uma substância prebiótica, e o uso das enzimas xilanases para hidrolisar XOS. O estudo abrangeu escala laboratorial e piloto (Planta Piloto do LNBR) de produção.

A rationally identified marine GH1 Beta-glucosidase has distinguishing functional features for simultaneous saccharification and fermentation

AGO-2020 Novas soluções para a produção dos biocombustíveis a partir de resíduos de cana podem vir de ambientes inesperados, como o marinho. Este trabalho demostrou o potencial de uso de uma enzima β-glicosidase (GH1) marinha, identificada racionalmente, na produção de etanol celulósico onde há sacarificação e fermentação simultâneas. Com atividade em celo-oligassacarídeos e eficiência em temperaturas mais brandas essa enzima poderá ser utilizada em processos biotecnológicos industriais que envolvam desconstrução de material lignocelulósico.

Enzymes knuckle down to the job

JUN-2020 Descoberta de novas enzimas para a saúde, nutrição, biocombustíveis e outras aplicações biotecnológicas industriais. Inspirado na biodiversidade molecular dos microorganismos, este trabalho aprofundou o conhecimento sobre novas estratégias enzimáticas para o processamento de polissacarídeos β-1,3-glucanos, descobrindo um novo mecanismo de reconhecimento de polissacarídeos e um novo modo de ação enzimática.

Technoeconomic and life-cycle analysis of single-step catalytic conversion of wet ethanol into fungible fuel blendstocks

JUN-2020 Biocombustíveis sustentáveis são importantes para a descarbonização de setores complexos, tais como aviação, transporte marítimo e transporte rodoviário pesado. O baixo custo do etanol e a grande capacidade de produção tornam atraente a conversão em um combustível hidrocarbônico, o que normalmente é feito em três etapas. Este trabalho vai além e descreve uma análise econômica e ambiental de um combustível de aviação renovável obtido a partir de um processo catalítico de etapa única utilizando bioetanol como matéria-prima.

Rational engineering of the Trichoderma reesei RUT-C30 strain into an industrially relevant platform for cellulase production

MAI-2020 Os biocombustíveis sustentáveis são importantes para a descarbonização do transporte rodoviário de veículos leves. Biologia sintética foi utilizada para desenvolver uma plataforma microbiana para a produção de celulase para reduzir o custo da produção de etanol celulósico. Este trabalho descreve uma tecnologia brasileira validada em condições de operação industrial, que emprega o projeto racional de uma cepa de domínio público para a fabricação de enzimas para a produção de etanol a partir de resíduos de cana-de-açúcar.

Techno-economic assessment of bioenergy and biofuel production in integrated sugarcane biorefinery: Identification of technological bottlenecks and economic feasibility of dilute acid pretreatment

MAI-2020 A produção de etanol celulósico ainda enfrenta desafios para tornar-se competitiva comercialmente e impactar a economia circular. Este trabalho avaliou a produção de etanol celulósico a partir do pré-tratamento com ácido diluído e da subsequente hidrólise enzimática do bagaço de um híbrido de cana-de-açúcar (com baixo teor de lignina, alto teor de fibras e alta produtividade agrícola). Destaca-se que os custos de produção da cana, investimentos em equipamentos industriais e custos dos insumos químicos são os principais fatores que impactam a viabilidade econômica do processo avaliado.

Engineering aspects of hydrothermal pretreatment: From batch to continuous operation, scale-up and pilot reactor under biorefinery concept

MAR-2020 Os biocombustíveis sustentáveis são importantes para a descarbonização do transporte rodoviário de veículos leves. O pré-tratamento hidrotérmico é considerado uma das tecnologias mais promissoras para a produção de etanol celulósico. Esta revisão fornece informações abrangentes sobre pré-tratamento hidrotérmico, incluindo desempenho em escala semi-industrial (planta piloto LNBR) e discute o projeto de processo integrado.

Improvement of homologous GH10 xylanase production by deletion of genes with predicted function in the Aspergillus nidulans secretion pathway

MAR-2020 Fungos filamentosos são importantes plataformas microbianas para aplicações biotecnológicas. Um desafio é a produção de altos títulos de proteínas. Neste trabalho, análises transcricionais em larga escala foram empregadas para identificação de genes associados à secreção de proteínas. Modificações genéticas nestes genes alvos resultaram em linhagens com maior produção de proteínas, demonstrando que esta estratégia é interessante para o desenvolvimento de cepas industrialmente relevantes.

Functional genomic analysis of bacterial lignin degraders: diversity in mechanisms of lignin oxidation and metabolism

FEV-2020 A valorização de todos os componentes da biomassa é importante para o desenvolvimento de novos bioprodutos e para descarbonização da economia. Neste trabalho, análises genômicas foram usadas para identificação de diversos mecanismos empregados por bactérias para o metabolismo de lignina, que poderá contribuir com o desenvolvimento de aplicações biotecnológicas para converter lignina em produtos de valor agregado.

Comparison of Biofuel Life Cycle Analysis Tools

DEZ-2019 A avaliação do ciclo de vida (ACV) é uma ferramenta para avaliar os impactos ambientais de um produto. As diferenças de modelo de ACV desafiam a credibilidade das avaliações individuais aplicadas às metas de mitigação de gases de efeito estufa. Este trabalho, em parceria com a Agência Internacional de Energia (IEA), compara as emissões de gases de efeito estufa para a produção de etanol celulósico utilizando modelos de ACV internacionalmente aceitos do Brasil, Canadá, EUA e UE. Ela fornece recomendações para promover a transparência e a harmonização dos modelos de ACV.