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Um novo estudo revela um método para melhorar a produção de bioetanol de cana-de-açúcar por meio da identificação de cepas contaminantes que afetam a eficiência da fermentação, o que pode aumentar a receita em US$ 1,6 bilhão e reduzir as emissões de CO2 em 2 milhões de toneladas anualmente no Brasil.
Um novo método para monitorar a contaminação na produção de bioetanol pode aumentar a receita da indústria em mais de US$ 1,6 bilhão e reduzir as emissões de CO2 em 2 milhões de toneladas.
Pela primeira vez, pesquisadores do The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability (DTU Biosustain) investigaram a população de contaminantes do processo de produção de bioetanol de cana-de-açúcar em resolução de nível de tensão. Este estudo pioneiro revela como a dinâmica de tensão está diretamente envolvida no desempenho do processo, enfatizando a necessidade de técnicas de controle microbiano aprimoradas para aumentar a eficiência industrial. Os resultados da pesquisa foram publicados recentemente em Comunicações da Natureza.
Maior rendimento do processo e benefícios ambientais
O bioetanol, uma importante fonte de energia renovável, é derivado da fermentação de açúcares por leveduras, principalmente Saccharomyces cerevisiae. No entanto, bactérias contaminantes presentes na matéria-prima podem afetar significativamente a eficiência da fermentação. Até agora, esses micróbios contaminantes foram caracterizados usando métodos que não capturaram totalmente sua diversidade ou impacto.
“Nossa pesquisa fornece uma análise abrangente das populações microbianas em todos os estágios do processo industrial de bioetanol em duas grandes biorrefinarias brasileiras. Usando uma combinação de metagenômica shotgun e métodos baseados em cultivo, identificamos fatores ecológicos que influenciam a dinâmica da comunidade e a eficiência da bioconversão”, diz o pós-doutor Felipe Lino da DTU Biosustain. Ele acrescenta: “O estudo demonstra que cepas bacterianas específicas, influenciadas pela temperatura, podem dificultar ou aumentar o rendimento do etanol. Essa melhoria só pôde ser alcançada com as técnicas avançadas que utilizamos.”
As descobertas podem resultar em um aumento de mais de 5% no rendimento do processo, o que se traduz em aproximadamente US$ 1,6 bilhão em aumento de receitas e uma redução nas emissões de CO2 em cerca de 2 milhões de toneladas por ano, considerando apenas o Brasil.
Resolução em nível de cepa: descobrindo a dinâmica bacteriana oculta
Os pesquisadores descobriram que a interação entre diferentes espécies impacta significativamente o rendimento do etanol. Sempre que Lactobacillus amylovorus está presente em concentrações mais altas, os rendimentos são notavelmente melhores.
O professor Morten Sommer da DTU Biosustain explica:
“Mapeamos as populações microbianas em resolução de nível de cepa para descobrir o verdadeiro impacto de micróbios não-levedura no desempenho da fermentação. Identificamos cepas específicas de Espécie L. fermentum causando o maior dano ao processo, enquanto outras cepas são neutras e devem até ser mantidas como um tampão contra as prejudiciais. Temperaturas mais altas foram associadas ao crescimento de L. fermentum cepas que afetam negativamente a viabilidade da levedura e a eficiência da fermentação. Isso ressalta a importância de adotar métodos de resolução mais alta no futuro para monitorar comunidades microbianas.”
Abrindo caminho para novas soluções de controle microbiano e de processo
Os resultados deste estudo podem levar ao desenvolvimento de novas soluções de controle microbiano e de processo que podem controlar micróbios indesejáveis e desbloquear melhorias significativas de desempenho na produção de bioetanol. Isso pode se traduzir em biocombustíveis mais econômicos, maior eficiência e uma redução substancial de CO2 emissões, apoiando esforços globais para reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
Implicações além da produção de bioetanol
Os resultados da pesquisa são particularmente relevantes para empresas de biocombustíveis e biotecnologia industrial, bem como grupos de pesquisa focados em ferramentas de bioinformática para analisar microbiomas em resolução de nível de cepa. O novo catálogo de genes e análises funcionais desenvolvidos neste estudo oferecem recursos valiosos para descobrir novas enzimas e características metabólicas para cepas industriais robustas. Além disso, esses insights podem ser aplicados a outros estudos de metagenômica, como dinâmica do microbioma intestinal, solo e microbiomas relacionados a culturas.
Referência: “Strain dynamics of contaminating bacteria modulate the yield of ethanol biorefineries” por Felipe Senne de Oliveira Lino, Shilpa Garg, Simone S. Li, Maria-Anna Misiakou, Kang Kang, Bruno Labate Vale da Costa, Tobias Svend-Aage Beyer-Pedersen, Thamiris Guerra Giacon, Thiago Olitta Basso, Gianni Panagiotou e Morten Otto Alexander Sommer, 22 de junho de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-49683-2