Descoberta de enzima da biodiversidade brasileira revoluciona produção de bioenergia e ganha destaque na Nature

Pesquisa do CNPEM revela que uma nova enzima prospectada em solo brasileiro pode aumentar eficiência de biorrefinarias e acelerar produção de bioenergia

Uma nova enzima descoberta em solo brasileiro representa um dos principais avanços nas últimas décadas na área de bioenergia. Essa molécula, uma nova classe de biocatalisador, é capaz de acelerar a desconstrução da celulose, uma das etapas mais importantes na produção de bioenergia e bioquímicos. Essa descoberta, publicada na revista Nature (vamos divulgar com embargo quando definirem a data exata), foi desenvolvida por pesquisadores do CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), em Campinas (SP), em parceria com o Instituto Nacional de Pesquisa para Agricultura, Alimentos e Meio Ambiente da França (INRAE), Universidade Aix Marseille e Universidade Técnica da Dinamarca (DTU).

Esse biocatalisador foi identificado a partir do material genético de bactérias encontradas em resíduos de biomassa coletados em solo brasileiro. Seu mecanismo singular de ação, aliado à capacidade de gerar seu próprio co-substrato, a torna uma ferramenta poderosa para a desconstrução da biomassa vegetal.

“Essa descoberta muda o paradigma da degradação da celulose na natureza e tem o potencial de revolucionar as biorrefinarias”, afirma o pesquisador do CNPEM Mario Murakami, responsável por liderar os estudos. “Com a CelOCE, podemos vislumbrar novas rotas para a produção de bioenergia, bioquímicos e biomateriais a partir de biomassa vegetal, contribuindo para uma economia de base biológica, baixo carbono e circular.”

A CelOCE (do inglês, Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme), melhora a eficiência na transformação de biomassa em glicose, matéria-prima essencial para a produção de bioenergia e bioquímicos. A pesquisa foi da bioprospeção até a escala industrialmente relevante, com validação na planta-piloto do CNPEM.

Dados sob condições industriais mostraram que, ao ser usada junto com enzimas já utilizadas na indústria, a CelOCE aumentou em até 21% a quantidade de glicose liberada a partir de resíduos vegetais. Isso significa maior produtividade e menor desperdício no processo industrial.

De acordo com dados da ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis), o Brasil produziu 43 bilhões de litros de etanol em 2023. Com a nova descoberta, essa produção poderia aumentar em bilhões de litros, utilizando resíduos agroindustriais como bagaço de cana, palha de milho, madeira e outros cultivos, sem a necessidade de expandir as áreas de plantio.

No entanto, o volume exato desse aumento ainda não pode ser determinado, pois depende da quantidade de resíduos que será destinada à produção de etanol por meio da aplicação da enzima.

A pesquisa foi desenvolvida por uma equipe multidisciplinar de cientistas do CNPEM e instituições internacionais de países como França e Dinamarca. De acordo com o Diretor-Geral do CNPEM, Antonio José Roque da Silva, a combinação de técnicas avançadas disponíveis no Centro, incluindo cristalografia por raios-X no Sirius, o acelerador de partículas do Brasil, e engenharia genética com CRISPR-Cas9, foi essencial para desvendar o mecanismo inédito da CelOCE. “Este trabalho exemplifica o potencial aberto pela integração e sinergia entre as diferentes competências científicas do CNPEM”, destaca.

Essa descoberta tem um potencial biotecnológico que transcende uma das grandes revoluções na área ocorrida há mais de 20 anos, que foi a descoberta da química oxidativa para a desconstrução de biomassa vegetal. Além de desafiar paradigmas científicos sobre como microrganismos degradam a celulose, a descoberta também contribui para a transição de uma economia de base petroquímica para biológica, que privilegie matérias-primas renováveis e sustentáveis e gere, por exemplo, soluções energéticas mais limpas e renováveis.

Além disso,  por constituir uma estrutura minimalista com apenas 115 aminoácidos, a substância abre perspectivas de novos usos futuros ou mesmo de desenvolvimento de enzimas sintéticas, com aplicações inclusive em reaproveitamento de resíduos plásticos.

“Já depositamos a patente e estamos em processo de licenciamento para viabilizar a produção local, o que ampliará a competitividade e eficiência das biorrefinarias no Brasil”, disse Murakami. O uso no setor produtivo pode começar entre um e quatro anos após o licenciamento, dependendo da tecnologia aplicada em seu desenvolvimento.

Sobre o CNPEM

O CNPEM compõe um ambiente científico de fronteira, multiusuário e multidisciplinar, com ações em diferentes frentes do Sistema Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação (CT&I). Organização social supervisionada pelo MCTI, o CNPEM é impulsionado por pesquisas que impactam as áreas de saúde, energia, materiais renováveis e sustentabilidade. Responsável pelo Sirius, maior equipamento científico já construído no Brasil, o CNPEM desenvolve o Projeto Orion, complexo laboratorial para pesquisas avançadas em patógenos.

As atividades finalísticas do CNPEM são executadas pelos Laboratórios Nacionais de Luz Síncrotron (LNLS), Biociências (LNBio), Nanotecnologia (LNNano) e Biorrenováveis (LNBR), além da Ilum Escola de Ciência, um curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia, com apoio do Ministério da Educação (MEC).