Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) identificaram uma enzima da própria cana-de-açúcar capaz de aumentar em até seis vezes a liberação de açúcares do bagaço em testes de laboratório. A descoberta abre possibilidades para melhorar a produção de etanol de segunda geração, obtido a partir de resíduos vegetais.
A molécula, chamada ASD (α-L-arabinofuranosidase), foi estudada pelo Laboratório de Fisiologia Ecológica de Plantas (Lafieco), vinculado ao Instituto de Biociências da USP. O resultado é fruto de uma investigação desenvolvida ao longo de 17 anos e foi apresentado em artigo publicado no Journal of Experimental Botany.
Um dos principais obstáculos ao aproveitamento do bagaço é a resistência da lignocelulose, material que compõe a estrutura das paredes celulares da planta. Para liberar os açúcares dessa biomassa, é necessário romper suas fibras, processo realizado com o auxílio de misturas de enzimas.
Os produtos comerciais utilizados nessa etapa são produzidos a partir de microrganismos, principalmente fungos. A equipe da USP investigou uma alternativa: aproveitar as enzimas que a própria cana utiliza para modificar suas estruturas durante o desenvolvimento.
Marcos Silveira Buckeridge, coordenador do Lafieco e coautor do estudo, destaca o caráter inovador da identificação de uma molécula vegetal com essa capacidade. “E não é qualquer origem vegetal, é da própria cana-de-açúcar”, afirma.
O caminho até a descoberta começou com o mapeamento da composição química e da organização das paredes celulares da cana. Os primeiros dados estruturais dessa investigação foram publicados em 2013.
“Vários alunos do Lafieco fizeram parte da investigação durante esses 17 anos, passando o bastão uns para os outros”, relembra Buckeridge.
A atenção dos pesquisadores se concentrou na formação dos aerênquimas, estruturas porosas que criam espaços de ar nas raízes. Embora seu aparecimento costume estar associado à falta de oxigênio, na cana esse desenvolvimento ocorre de forma independente dessa condição.
Para formar esses espaços, a planta modifica as paredes celulares, promove a separação entre células e rompe açúcares complexos. Os cientistas buscaram entender quais enzimas participavam desse processo e como poderiam ser aproveitadas na degradação do bagaço.
Bruno Viana Navarro, pós-doutorando do Lafieco e primeiro autor do artigo, explica que os aerênquimas aparecem progressivamente ao longo da raiz. Para acompanhar essa transformação, a equipe plantou a cultivar SP80-3280 e, após três meses, coletou raízes de perfilhos, os novos brotos da planta.
As raízes foram divididas em quatro segmentos de um centímetro, cada um com um estágio diferente de formação dessas estruturas. A análise permitiu observar as enzimas ativadas durante a remodelação das paredes celulares.
Nesse trabalho, a pesquisadora Eveline Tavares identificou a ASD como uma molécula importante para o processo. Posteriormente, Adriana Grandis detalhou sua participação na formação dos aerênquimas.
“Ela atua de forma muito específica no rearranjo da parede celular, quebrando as ligações de um dos materiais estruturais mais presentes na cana”, explica Navarro.
Para avaliar seu potencial, a equipe, com a participação da pós-doutoranda Débora Pagliuso, produziu a enzima em laboratório utilizando leveduras. Em seguida, adicionou a molécula a um coquetel enzimático comercial e aplicou a mistura ao bagaço.
“Inserimos a ASD no coquetel comercial e testamos no bagaço da cana-de-açúcar. Só essa adição aumentou em até seis vezes a produção do açúcar que, mais tarde, é convertido em etanol”, ressalta Navarro.
O resultado se refere à liberação de açúcares dos resíduos nos experimentos, uma etapa essencial para a produção do biocombustível.
A pesquisa também aponta outras possibilidades. A equipe identificou cerca de 530 sequências genéticas e classes de enzimas na cana, indicando um amplo conjunto de moléculas que ainda podem ser investigadas.
Entre elas está uma segunda enzima considerada promissora, capaz de quebrar pectinas. Essas substâncias integram a lamela média, estrutura que funciona como um cimento entre as células. Sua degradação facilita a separação celular e pode favorecer o acesso aos açúcares.
Segundo Navarro, esse processo está relacionado à chamada “cana papaia”, cuja estrutura se torna mais fácil de degradar, com potencial para beneficiar a produção de etanol de primeira e segunda geração.
Buckeridge avalia que as enzimas da própria planta podem apresentar características capazes de tornar mais eficiente a conversão dos resíduos em produtos de maior valor. “Pode ser que tenhamos descoberto um barril de ouro, mas até agora usamos uma moeda só.”
Um dos objetivos futuros do grupo é desenvolver um coquetel composto inteiramente por enzimas de origem vegetal, ajustado às características da biomassa da cana. A proposta é selecionar as moléculas mais adequadas à quebra de suas fibras e ampliar o rendimento na produção de etanol.
