Estudo brasileiro identifica enzimas que poderão ser investigadas para transformar componentes vegetais e ampliar o aproveitamento de matérias-primas
O intestino de peixes-boi pode ajudar pesquisadores a encontrar novas ferramentas para aproveitar matérias-primas vegetais na indústria. Um estudo liderado pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) identificou um amplo repertório de genes associados a enzimas que transformam carboidratos e caracterizou uma atividade enzimática pouco conhecida. Publicada em 2 de novembro na revista Nature Microbiology, a pesquisa abre caminhos para investigar o processamento de componentes vegetais que apresentam desafios tecnológicos, embora essas aplicações ainda dependam de testes.
Cascas, farelos, polpas e outras frações geradas no processamento de alimentos podem conter fibras e carboidratos complexos cujo aproveitamento exige tecnologias capazes de modificar suas estruturas. Enzimas desempenham um papel importante nessas transformações, pois atuam sobre ligações específicas das moléculas. Encontrar novas atividades enzimáticas pode ampliar as alternativas de pesquisa para o uso desses materiais e a obtenção de compostos de interesse industrial.
Por que os peixes-boi despertaram o interesse dos pesquisadores
Peixes-boi são mamíferos herbívoros que consomem grandes quantidades de vegetação aquática. Sua capacidade de aproveitar uma alimentação rica em fibras depende, em parte, dos microrganismos que vivem no intestino e participam da decomposição dos componentes vegetais.
Essas comunidades microbianas utilizam diferentes enzimas para transformar estruturas como celulose e hemicelulose, presentes nas paredes celulares das plantas. A diversidade desses mecanismos motivou a investigação da microbiota intestinal de peixes-boi-da-amazônia e peixes-boi-marinhos.
A equipe analisou dados de DNA de microrganismos presentes em 47 amostras fecais e reconstruiu 6.145 genomas procarióticos. Após eliminar redundâncias, os pesquisadores organizaram um catálogo de 1.215 agrupamentos genômicos representativos em nível de espécie.
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Desse conjunto, 615 foram classificados como pertencentes a táxons ainda não descritos nas bases genômicas utilizadas. Isso indica uma diversidade microbiana pouco conhecida, mas não equivale à descrição formal de 615 novas espécies.
O catálogo revelou um amplo repertório de genes associados ao processamento de carboidratos vegetais, incluindo sistemas que combinam diferentes proteínas para atuar sobre a biomassa. Esses resultados oferecem uma base para selecionar enzimas candidatas a novas investigações e compreender atividades que ainda não foram caracterizadas experimentalmente.
Enzimas identificadas poderão ser avaliadas na plataforma OpEn
Uma possível continuidade tecnológica da pesquisa está no Coquetel Enzimático Brasileiro (OpEn), plataforma desenvolvida pelo CNPEM para o processamento de biomassas vegetais.
Segundo reportagem da Agência FAPESP, parte das enzimas identificadas no estudo e envolvidas na desconstrução da biomassa poderá ser avaliada para aplicações em plataformas como o OpEn.
O coquetel reúne diferentes atividades enzimáticas e foi desenvolvido principalmente para biorrefinarias, incluindo processos que convertem resíduos vegetais em açúcares destinados à produção de biocombustíveis e outros bioprodutos.
A plataforma permite desenvolver formulações adaptadas a diferentes matérias-primas, e a avaliação de novas enzimas provenientes da biodiversidade pode contribuir para ampliar seu repertório.
A conexão oferece um caminho concreto para a continuidade da pesquisa. Entretanto, não significa que as enzimas encontradas na microbiota dos peixes-boi já tenham sido incorporadas ao coquetel ou demonstrado desempenho industrial. Também não representa uma aplicação alimentar validada.
Uma enzima especializada revela novas formas de transformar açúcares
Entre os resultados científicos do estudo está a caracterização de uma atividade enzimática denominada epilactase.
Os pesquisadores identificaram uma enzima, chamada EiGH116, que reconhece preferencialmente a epilactose, açúcar semelhante à lactose, naturalmente presente no leite.
Nos experimentos, a enzima demonstrou capacidade de quebrar a epilactose em dois açúcares mais simples, galactose e manose. A análise de sua estrutura ajudou a explicar por que ela apresenta preferência por esse açúcar em relação a moléculas semelhantes.
A epilactose já era conhecida, assim como sua utilização por determinados microrganismos. A novidade está na caracterização dessa atividade seletiva, que amplia o conhecimento sobre como enzimas reconhecem e transformam carboidratos.
A equipe também identificou outras proteínas que poderiam atuar em conjunto com a epilactase no processamento de carboidratos mais complexos. Essa hipótese, porém, ainda não foi comprovada. Nos testes realizados, três enzimas desse sistema não apresentaram atividade detectável sobre as mananas comerciais avaliadas.
Assim, enquanto a ação da epilactase foi demonstrada experimentalmente, o funcionamento integrado do sistema permanece em investigação.
O que a descoberta pode representar para a indústria de alimentos
A identificação de enzimas com atividades específicas interessa à indústria porque diferentes matérias-primas vegetais exigem processos adequados à transformação de seus componentes.
O repertório encontrado na microbiota dos peixes-boi poderá orientar pesquisas sobre proteínas capazes de reconhecer estruturas vegetais pouco exploradas e sobre combinações de atividades enzimáticas para modificar fibras e outros polissacarídeos.
Essas investigações podem abrir possibilidades para desenvolver processos mais direcionados, aproveitar frações vegetais de difícil processamento e estudar rotas de obtenção de compostos e ingredientes.
O interesse não está apenas em encontrar novas enzimas, mas em compreender quais materiais elas conseguem transformar, em que condições atuam e quais produtos podem resultar dessas reações.
A caracterização da epilactase contribui para esse conhecimento ao demonstrar como pequenas diferenças na estrutura dos açúcares influenciam o reconhecimento enzimático.
É importante distinguir, contudo, sua atividade da produção de epilactose. A enzima identificada pelo CNPEM degrada esse açúcar; não foi demonstrada como ferramenta para produzi-lo. Embora a epilactose já tenha sido investigada por possíveis propriedades prebióticas, o novo estudo não comprovou a fabricação de ingredientes alimentícios nem benefícios nutricionais em humanos.
O avanço, neste estágio, está na ampliação do conhecimento sobre atividades enzimáticas e na identificação de candidatos para pesquisas aplicadas, não na demonstração de novos processos industriais.
O que falta para transformar a descoberta em tecnologia
O próximo desafio será identificar quais enzimas encontradas na microbiota dos peixes-boi conseguem atuar sobre matérias-primas vegetais fora do ambiente intestinal.
Isso exigirá testes com substratos reais, avaliação das condições de funcionamento das proteínas e identificação dos produtos gerados pelas reações.
No sistema associado à epilactase, será necessário descobrir os substratos naturais das outras enzimas e verificar se elas realmente atuam de maneira integrada.
Esses resultados serão decisivos para determinar quais atividades identificadas no microbioma poderão avançar da caracterização científica para o desenvolvimento de ferramentas úteis ao processamento de matérias-primas vegetais.
