Notícia com publicação científica
Bactéria comum do solo adapta sistema digestivo para transformar resíduos vegetais em energia
Descobertas podem ter implicações para a indústria de biotecnologia e ajudar no desenvolvimento de fábricas microbianas eficientes e produtivas

Fahroni via Shutterstock

Resíduos de casca de coco com alto teor de lignina

5 de setembro de 2025, 18:15

Fonte

Amanda Morris, Universidade Northwestern

Publicação Original

Universidade Northwestern

Áreas

Bacteriologia, Biologia, Biotecnologia, Carbono, Engenharia Ambiental, Engenharia de Energia, Gestão de Resíduos, Metabolismo, Microbiologia, Proteômica, Química Verde, Sustentabilidade

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Resumo

Pesquisadores desenvolveram o primeiro modelo quantitativo de como a bactéria Pseudomonas putida coordena o metabolismo do carbono e a produção de energia durante a digestão dos carbonos da lignina.

Os pesquisadores usaram um conjunto de ferramentas ‘multiômicas’ – incluindo proteômica, metabolômica e técnicas avançadas de rastreamento de carbono – para mapear exatamente como as bactérias movem o carbono através de seu metabolismo.

As descobertas podem ter implicações para a indústria de biotecnologia, que há muito tempo busca utilizar a Pseudomonas putida para decompor a lignina e reciclá-la em biocombustíveis, plásticos e outros produtos químicos úteis.

Foco do Estudo

Compreender melhor as vias e o fluxo metabólico usado pela bactéria Pseudomonas putida na digestão da lignina.

Por que é importante?

Depois da celulose, a lignina é o segundo biopolímero mais abundante na Terra. Quando decomposta, ela produz uma mistura de compostos químicos, incluindo ácidos fenólicos, que podem ser usados ​​como matérias-primas renováveis ​​para produtos químicos valiosos.

Mas os cientistas têm lutado para compreender como as bactérias conseguem se alimentar desses compostos complexos, formados por um anel de seis carbonos com cadeias de carbonos ligadas ao anel. Poucos organismos conseguem processá-los com eficiência. Em outras palavras, a digestão simplesmente consome muita energia.

Estudo

Um novo estudo conduzido por pesquisadores da Universidade Northwestern, nos EUA, mostrou que a Pseudomonas putida, uma bactéria comum do solo, reorganiza completamente seu metabolismo para digerir carbonos complexos. Ao desacelerar algumas vias metabólicas e acelerar outras, a bactéria consegue extrair energia da lignina com um gasto energético modesto.

O estudo, publicado na revista científica Communications Biology, mostrou o primeiro modelo quantitativo de como as bactérias coordenam o metabolismo do carbono e a produção de energia durante a digestão dos carbonos da lignina.

A Dra. Ludmilla Aristilde, especialista na dinâmica de compostos orgânicos em processos ambientais e professora da Universidade Northwestern, liderou o estudo. Além de pesquisadores da Universidade Northwestern, colaboraram no estudo pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável e da Universidade de Delaware, também nos EUA.

Para investigar como as bactérias otimizam o balanço energético entre a energia que tiram da lignina e a energia que gastam para digeri-la,  os pesquisadores cultivaram Pseudomonas putida em quatro compostos comuns derivados da lignina.

Em seguida, eles usaram um conjunto de ferramentas ‘multiômicas’ – incluindo proteômica, metabolômica e técnicas avançadas de rastreamento de carbono – para mapear exatamente como as bactérias movem o carbono através de seu metabolismo.

A lignina é uma fonte abundante, renovável e sustentável de carbono que pode potencialmente fornecer uma alternativa ao petróleo na produção de plásticos e produtos químicos valiosos. Certos micróbios têm naturalmente a capacidade de produzir precursores de produtos químicos valiosos à base de lignina, em vez de petróleo. Mas se quisermos aproveitar essa capacidade natural para desenvolver novas plataformas biológicas, primeiro precisamos saber como ela funciona. Agora, finalmente temos um roteiro

Dra. Ludmilla Aristilde, professora da Universidade Northwestern e autora sênior do estudo

Resultados

A equipe de pesquisa descobriu que, ao se deparar com lignina, a bactéria reconfigura seu metabolismo para um modo de alta energia. Ela aumenta o nível de enzimas para certas reações metabólicas — às vezes em centenas a milhares de vezes — para redirecionar as vias digestivas, desviando o carbono da ‘via principal’ para as vias metabólicas de reserva, evitando gargalos. Devido a essa remodelação metabólica, a bactéria produz seis vezes mais ATP em comparação com o consumo de compostos mais fáceis de digerir.

Mas, embora essas estratégias mantenham a Pseudomonas putida equilibrada e funcional, os pesquisadores também descobriram que esse sistema é frágil. Quando tentaram aliviar os gargalos superexpressando certas enzimas, a abordagem saiu pela culatra, e o metabolismo da bactéria perdeu seu equilíbrio.

“Estratégias de engenharia podem frequentemente resultar em efeitos negativos no metabolismo de uma forma completamente inesperada”, disse a Dra. Ludmilla Aristilde. “Ao acelerar o fluxo de uma via, isso pode introduzir um desequilíbrio energético prejudicial ao funcionamento celular”.

A professora Aristilde afirmou que é importante entender as regras naturais de energia das bactérias antes de tentar forçá-las a trabalhar mais. Ao revelar quais vias são redutoras de velocidade ou impulsionadoras de energia, a indústria de biotecnologia pode desenvolver estratégias mais inteligentes para aproveitar bactérias na produção de produtos sustentáveis ​​a partir de resíduos vegetais.

“Antes deste estudo, não conseguíamos explicar exatamente a coordenação do metabolismo do carbono e dos fluxos de energia, importantes no projeto racional de plataformas bacterianas para o processamento de carbono da lignina. Agora temos um roteiro real”, concluiu a professora Ludmilla Aristilde.

As descobertas podem ter implicações para a indústria de biotecnologia, que há muito tempo busca utilizar a Pseudomonas putida para decompor a lignina e reciclá-la em biocombustíveis, plásticos e outros produtos químicos úteis. As novas informações podem ajudar os pesquisadores a construir fábricas microbianas eficientes e produtivas.

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Autores/Pesquisadores Citados

Dra. Ludmilla Aristilde

Professora da Universidade Northwestern

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Communications Biology (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia original completa na página da Universidade Northwestern (em inglês).

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