Key Components of Strategic Agility

Lúcia Maria Carareto Alves, V iviane Schuch, Jackson A. M. de Souza, Eliana G. M. Lemos

Introdução

Atualmente, uma das preocupações mundiais são as fontes de energia a se- rem utilizadas nas próximas décadas, principalmente porque o petróleo, que representa 40% da energia mundial, é um combustível fóssil não renovável. A descoberta de fontes alternativas de energia, portanto, tem despertado interesse de cientistas ao redor do planeta em virtude tanto da escassez de petróleo para as próximas décadas como também pelo aumento da preo- cupação a respeito da poluição do meio ambiente ocasionada pelos deriva- dos da indústria petrolífera. Uma proposta geral é a de utilizar a energia da biomassa como meio de providenciar energia moderna para os milhões de pessoas que necessitarão dela no futuro. E uma das mais importantes apli- cações do sistema de energia a partir da biomassa pode ser a fermentação para a produção de etanol.

A biomassa parece ser uma interessante fonte de energia por várias razões. A principal delas é a de que a energia gerada pela biomassa pode contribuir para o desenvolvimento, além de as fontes dessa matéria-prima serem frequentemente disponíveis e a conversão em energia, possível sem altos investimentos de capital.

Nas décadas passadas, já era consenso que a produção de etanol a partir da biomassa de plantas deveria ocorrer não somente pelo uso dos açúcares

fermentáveis, tais como o amido e a sacarose, mas também partindo das frações de lignocelulose. Isso porque nesse aspecto existe uma grande va- riedade de fontes de matéria-prima para a produção de etanol além da cana- de-açúcar e milho: árvores de crescimento rápido, grama, plantas inteiras, produtos colaterais da produção industrial, plantas aquáticas, lixo orgânico municipal, entre outros.

Além disso, o último levantamento da safra 2010/2011 pela Companhia Nacional de Abastecimento (Conab) mostrou que foram produzidas no Brasil 625 milhões de toneladas de cana e, aproximadamente, 167 milhões de toneladas de bagaço. O bagaço apresenta potencial para contribuir com um aumento de cerca de 50% do etanol produzido por meio do uso da ligno- celulose. Esse processo, portanto, pode aumentar significativamente a pro- dução de etanol sem expansão de áreas cultiváveis de cana-de-açúcar. Des- cobertas nas novas fronteiras da pesquisa de energia da biomassa poderiam ter profundas implicações para o futuro do uso da energia de biomassa.

Os microrganismos podem exercer papel fundamental em diferentes aspectos, como na desconstrução da estrutura da biomassa ou na própria síntese de combustíveis. Desse modo, podem ser utilizados para melhorar as enzimas na despolimerização da celulose, da hemicelulose e na degrada- ção da lignina, ou ainda em sistemas de biologia sintética diretamente na produção de combustíveis. Essas atividades podem ser realizadas por mi- crorganismos individuais, ou consórcios microbianos, organismos íntegros e enzimas isoladas.

O solo é o maior reservatório de carbono orgânico da Terra, constituin- do-se em um dos mais importantes habitats para microrganismos, compo- nentes essenciais da biota terrestre. Os microrganismos exercem um im- portante papel na manutenção da vida na Terra, atuando na ciclagem de nutrientes e minerais, na produção de biomassa, em relações simbiônticas e no controle de populações. Tal versatilidade deriva de um longo cami- nho evolutivo, no qual inumeráveis estratégias metabólicas foram acumu- ladas em diferentes condições de pressão seletiva. Essa riqueza tem sido muito explorada pela biotecnologia na busca por soluções diversas tanto na melhoria no padrão de vida humano como na qualidade ambiental. Nes- se sentido, a busca por novos isolados e consórcios microbianos e mesmo abordagens no nível enzimático para a realização de diversos processos têm captado grandes esforços nas esferas acadêmica e industrial.

METAGENOMA E A DESCONSTRUÇÃO DA BIOMASSA 85

As rotas para produção de biocombustíveis incluem a prospecção de genes, enzimas e microrganismos. A abordagem metagenômica para pros- pecção de enzimas degradadoras da biomassa vegetal tem especial van- tagem por se destacar como a base para encontrar genes relacionados às variadas atividades enzimáticas em sistemas biológicos até então desco- nhecidos. Nosso grupo já vem aplicando a abordagem metagenômica para determinação de estruturas de comunidades e análises filogenéticas. Essas análises iniciais são vistas potencialmente como formas de identificar a di- versidade microbiana em solos e proporcionar um catálogo de promissoras atividades que podem ser encontradas nos diferentes solos, em virtude da comunidade neles encontrada.

Tendo como base o DNA metagenômico extraído de solos sob mata, cana- de-açúcar e eucalipto, e o gene 16S rRNA obtido desse material, bibliotecas foram confeccionadas em vetor fosmidial e plasmidial a fim de comporem um banco de clones próprio do Laboratório de Bioquímica de Microrganis- mos e Plantas (LBMP). A partir desse banco, genes relacionados a síntese de xilose isomerase, amilases, celulases e hemicelulases de diferentes classes po- derão ser obtidos com sucesso. Esses genes poderão ser utilizados em experi- mentos de engenharia metabólica e engenharia evolutiva, visando obtenção de linhagens capazes de realizar uma conversão mais eficiente da biomas- sa em etanol. Os clones contendo os genes 16S rRNA podem, também, ser utilizados para a análise da diversidade bacteriana e construção de biochips.

Neste capítulo, serão apresentados dados referentes à diversidade bac- teriana de solos submetidos a diferentes manejos e à prospecção de enzimas microbianas importantes na degradação de biomassa. A metodologia abor- dada refere-se à aplicação de ferramentas de biologia molecular, microbio- logia clássica e tecnologia metagenômica para o isolamento de genes de im- portância biotecnológica na área de produção de etanol a partir de biomassa.