Enzima da cana aumenta em até seis vezes a liberação de açúcar do bagaço em estudo da USP

Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) identificaram uma enzima da própria cana-de-açúcar capaz de ampliar em até seis vezes a liberação de açúcares do bagaço quando adicionada a um coquetel enzimático comercial. O resultado abre perspectivas para melhorar o aproveitamento dos resíduos da cultura na produção de etanol de segunda geração.

O avanço foi obtido pelo Laboratório de Fisiologia Ecológica de Plantas (Lafieco), do Departamento de Botânica do Instituto de Biociências da USP. Publicado no Journal of Experimental Botany, o trabalho integra uma trajetória de 17 anos de pesquisas sobre a estrutura e a degradação das paredes celulares da cana.

O ganho observado nos testes corresponde à liberação de açúcares da biomassa, etapa que antecede sua conversão em etanol. Portanto, o resultado não representa, diretamente, um aumento de seis vezes na produção do biocombustível.

Raízes revelam mecanismo natural de degradação das fibras

A descoberta surgiu da investigação dos aerênquimas, estruturas que formam canais de ar nas raízes. Para criar esses espaços, a planta modifica suas paredes celulares, promove a separação entre células e atua sobre componentes estruturais.

Os pesquisadores procuraram identificar quais enzimas participavam desse processo. A hipótese era aproveitar essas ferramentas naturais para facilitar a quebra da lignocelulose, estrutura resistente que dificulta o acesso aos açúcares presentes no bagaço.

Segundo Marcos Silveira Buckeridge, coordenador do Lafieco e coautor do estudo, os coquetéis enzimáticos utilizados atualmente têm origem em microrganismos, principalmente fungos. A pesquisa aponta o potencial de uma molécula vegetal obtida da própria cultura que se pretende processar.

Como a equipe identificou a enzima

No experimento, os cientistas cultivaram cana da variedade SP80-3280 e coletaram raízes de perfilhos após três meses. O material foi dividido em quatro segmentos de um centímetro, com diferentes estágios de formação de aerênquima.

A comparação permitiu acompanhar mudanças na atividade celular ao longo da raiz. Foram identificados mais de 32 mil genes em atividade, dos quais cerca de 5 mil estavam relacionados à parede celular.

Entre as moléculas investigadas, destacou-se a ASD, uma α-L-arabinofuranosidase. A enzima foi identificada pela pesquisadora Eveline Tavares, enquanto Adriana Grandis aprofundou a análise de sua participação na formação dos aerênquimas.

De acordo com Bruno Viana Navarro, pós-doutorando do Lafieco e primeiro autor do artigo, a ASD atua de forma específica sobre ligações de um dos componentes estruturais presentes na cana, contribuindo para a reorganização da parede celular.

Adição ao coquetel comercial amplia liberação de açúcares

Para avaliar seu desempenho, a equipe produziu a enzima em laboratório utilizando leveduras, em uma etapa liderada pela pós-doutoranda Débora Pagliuso.

A molécula foi então adicionada a um coquetel comercial e aplicada ao bagaço da cana. Nas condições avaliadas, essa inclusão aumentou em até seis vezes a quantidade de açúcar liberada.

O resultado indica que enzimas da própria planta podem complementar as ferramentas já empregadas no processamento da biomassa. A possibilidade é relevante para o etanol de segunda geração, cuja produção depende da disponibilização dos açúcares contidos nas fibras vegetais.

Pesquisa investiga outras enzimas da cana

A ASD é uma das possibilidades identificadas pelo grupo. Segundo os pesquisadores, o levantamento reuniu cerca de 530 sequências genéticas e classes de enzimas, oferecendo uma base para novos testes.

Outra molécula considerada promissora atua sobre as pectinas, componentes que ajudam a manter as células unidas. Sua degradação pode facilitar a separação celular e tornar a estrutura vegetal mais acessível ao processamento.

Essa linha retoma o conceito de “cana papaia”, proposto por Buckeridge em 2008, em trabalho desenvolvido com Aline Cavalari, hoje professora da Universidade Federal de São Paulo. A ideia surgiu da observação do amolecimento do mamão durante o amadurecimento e buscava reproduzir um processo semelhante de separação das células na cana.

Coquetel de origem vegetal é objetivo para os próximos estudos

Uma das metas do Lafieco é desenvolver um coquetel formado inteiramente por enzimas de origem vegetal e ajustado à composição da biomassa da cana.

Na avaliação de Navarro, conhecer as características bioquímicas do material pode orientar a seleção das enzimas mais adequadas à hidrólise, processo de quebra dos componentes que permite liberar os açúcares.

O desenvolvimento desse coquetel permanece como objetivo de pesquisa. Buckeridge ressalta que os resultados alcançados dependem da continuidade dos estudos e do financiamento de longo prazo, como o apoio recebido da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).

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