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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Engineering sucrose metabolism in Saccharomyces cerevisiae for improved ATP yield
Title Alternative: Engenharia metabólica do consumo de sacarose por Saccharomyces cerevisiae com o objetivo de aumentar o rendimento em ATP
Author: Marques, Wesley Leoricy, 1990-
Advisor: Gombert, Andreas Karoly, 1970-
Pronk, Jack T.
Abstract: Resumo: Uma parcela importante da energia e materiais consumidos em nossa sociedade provém de fontes fósseis. Graças ao acesso a esses recursos, a indústria e a agricultura intensificaram-se consideravelmente nos últimos cem anos. No entanto, após expandir-se geograficamente em busca de tais recursos, está em curso uma expansão temporal, ou seja, recursos que deveriam ser utilizados no futuro já estão sendo explorados. Esse cenário é ainda mais insustentável quando os impactos ambientais atrelados ao uso de reservas fósseis são contabilizados. Mesmo no cenário mais otimista, e provavelmente irreal, em que as emissões de CO2 deixassem de aumentar nas próximas décadas, a temperatura global ainda assim deverá aumentar em 2 °C até 2100 (em relação à média global anterior à era pré-industrial), o que já seria suficiente para prejudicar consideravelmente a produção de alimentos. Alternativas ao uso de recursos fósseis existem. A energia solar e a eólica já representam parte importante da matriz energética de vários países. Microbiologia industrial ? o campo de pesquisa em que se insere essa tese ? pode contribuir para a produção sustentável de combustíveis líquidos e gasosos (ex: etanol e metano) e de uma imensa variedade de produtos químicos de interesse industrial (ex: polímeros e solventes) a partir de substratos renováveis. Dentre tais substratos pode-se citar: açúcares obtidos a partir de cana-de-açúcar e milho, resíduos da agricultura e até mesmo efluentes líquidos. O foco desta tese está na fermentação de sacarose, açúcar predominante em cana-de-açúcar, por levedura (Saccharomyces cerevisiae). Tal como discutido no Capítulo 1, sacarose é um substrato barato, abundante e prontamente disponível, i. e., dispensa qualquer pré-tratamento da biomassa. S. cerevisiae tem uma longa história de uso pelos seres humanos, é robusta em várias condições industriais e acessível para modernas técnicas de edição gênica. Essas características e o fato de que esse "fungo do açúcar" (do Latim "saccharum", açúcar e "myces", fungo) pode: i) consumir sacarose eficientemente, ii) crescer em condições ácidas (pH 3 - 4) e iii) não exigir nutrientes caros para seu cultivo; fazem do mesmo um importante microrganismo industrial

Abstract: Contemporary society heavily depends on fossil sources. The energy and materials derived from fossil reserves were major contributors to the acceleration and intensification of agriculture and industry over the past 100 years. Such reserves are finite, hence, after expanding geographically, our economy is now consuming natural reserves that should not just support our generation but also those of the future. This unsustainable scenario becomes even more concerning when environmental impacts are taken into account. Even in the most ¿ and probably unrealistic - optimistic climate scenarios, which assume no further increase in CO2 emissions in the next decades, the global temperature would still raise by 2 °C at the end of this century with respect to pre-industrial era, which could already have a negative impact on, for Metabolic engineering of sucrose metabolism and evolutionary engineering were used in this thesis to increase the ATP yield from sucrose metabolism and to improve the kinetics of sucrose uptake through plant transporters overexpressed in yeast. The strains and knowledge generated provide a valuable basis for further research to lower costs of yeast-based processes in which ATP is required for product synthesis. The key contributions are: i) succesful replacement of sucrose hydrolysis by phosphorolysis and the demonstration of the impacts of such modification to cell ATP yield; ii) demonstration of simultaneous-multiple-gene-disruption in yeast mediated by a single shared Cas9 guide RNA; iii) a new platform S. cerevisiae strain that completely lacks activity of transporters and hydrolases required for metabolism of sucrose (and potentially other disaccharides); iv) a set of mutations that improve functional expression of the plant-transporter gene PvSUF1 in yeast cells. Further exploration of the mutations identified in this thesis (mainly in PvSuf1 protein), screening of new sugar channels, and transporter engineering should guide further research aimed at delivering more energy-efficient strains to industry
Subject: Sacarose
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: MARQUES, Wesley Leoricy. Engineering sucrose metabolism in Saccharomyces cerevisiae for improved ATP yield. 2018. 1 recurso online (194 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos e TuDelft, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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