Saccharomyces cerevisiae improvement by mass mating for production of 2G ethanol in fermentation with cell recycle

É crescente a busca por fontes de energia renováveis em substituição a o uso dos combustíveis fósseis, devido a grande preocupação mundial com o aquecimento global e as mudanças climáticas. O Brasil é considerado o detentor do processo de produção de etanol mais economicamente viável. Estimativas apontam para o fato de que a produção de etanol de primeira geração não será suficiente para atender a futura demanda global pelo biocombustível. Diante disto, a produção de etanol a partir da biomassa lignocelulósica se mostra como uma potencial solução. No entanto, durante o pré-tratamento e a hidrólise da biomassa, há formação de vários compostos tóxicos tais como o furfural, HMF, ácido fracos, e compostos fenólicos, os quais exercem efeitos inibitórios sobre as leveduras, tendo como consequência queda no rendimento fermentativo. Além das vantagens tecnológicas que o processo industrial brasileiro apresenta quanto à incorporação da produção de etanol 2G nas plantas já existentes, soma-se a abundância de matéria prima proveniente da própria indústria sucroalcooleira. No entanto, é de extrema necessidade o desenvolvimento de leveduras capazes de resistir as diversas condições inibitórias provenientes do novo substrato, as quais são potencializadas pelo reciclo celular. Neste sentido, o presente trabalho objetivou o desenvolvimento de novas linhagens de leveduras através das técnicas de hibridação e evolução adaptativa/seleção. Para isto, foi realizado o cruzamento massal envolvendo 5 linhagens de Saccharomyces cerevisiae, previamente selecionadas por demonstrar alta tolerância em fermentações em mosto misto a base de hidrolisado lignocelulósico e melaço de cana-de-açúcar. Inicialmente estudos foram realizados com a intenção de se obter altas taxas de esporulação, a fim de se propiciar uma grande quantidade de cruzamentos aleatórios para consequente geração de uma ampla biodiversidade, aumentando assim a possibilidade de se obter indivíduos com fenótipos melhorados. A cultura resultante do cruzamento massal foi seguida de evolução adaptativa/seleção, buscando, após cerca de 51 gerações, um enriquecimento da cultura com as linhagens mais tolerantes. Por meio de avaliação de crescimento em microplacas (DO 600nm), foram selecionadas 10 isolados evoluídos, os quais foram submetidos a ensaio de fermentação em bancada, simulando tanto quanto possível as condições industriais. Ao final, foi possível destacar uma linhagem por apresentar teor de reserva de trealose significativamente maior que as demais linhagens avaliadas, demonstrando assim a geração de um fenótipo melhorado.Searching for renewable energy sources to substitute the fossil fuels use is growing, due to a great concern worldwide for global warming and climate change. Brazil is considered the holder of the most economically viable process of ethanol production. Estimates indicate that ethanol production of first generation will not be enough to supply future global demand for biofuel. Therefore, an ethanol production from the lignocellulosic biomass show up as a potential solution; however, during biomass pretreatment and hydrolysis, several toxic compounds such as furfural, HMF, weak acid, and phenolic compounds are formed, which exert inhibitory effects on yeasts, resulting in a fermentative yield decrease. Besides the technological advantages, presents in Brazilian industrial processes to incorporation of 2G ethanol production in existing factories, add up the abundance of feedstock comes from the own sugar and alcohol industry. However, the development of yeasts strains, resisting to inhibitory conditions from the new substrate which are potentiated by the cellular recycle, is extremely necessary. In this sense, the present work aimed the development of new yeasts strains by hybridization and adaptive evolution techniques. Mass mating was carried out involving 5 strains of Saccharomyces cerevisiae, previously selected by demonstrating high tolerance to fermentation from mixed-must composed by lignocellulosic hydrolyzate and sugarcane molasses. Previous studies were carried out to get high rates of sporulation that promote random crosses and broad biodiversity, in order to obtain individuals with improved phenotypes. The culture resulting from the mass mating was followed by an adaptation/selection, during 51 generations, generating enrichment of more tolerant strains. By means of microplate growth evaluation (DO 600nm), 10 evoluted isolates were selected, which were submitted to lab scale fermentation, simulating as much as possible as industrial conditions. At the end, it was possible to highlight a lineage demonstrating significantly higher trehalose reserve content than the other lineages evaluated, thus demonstrating a generation of an improved phenotype