Combining Xylose Reductase from Spathaspora arborariae with Xylitol Dehydrogenase from Spathaspora passalidarum to Promote Xylose Consumption and Fermentation into Xylitol by Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Nos últimos anos, muitas novas leveduras fermentadoras de xilose pertencentes ao novo gênero Spathaspora foram isoladas do intestino de insetos que se alimentam de madeira e/ou de substratos que decompõem a madeira. Clonamos e expressamos, em Saccharomyces cerevisiae, um gene de xilose redutase de Spathaspora arborariae (SaXYL1) que aceita NADH e NADPH como co-substratos, bem como uma xilose redutase dependente de NADPH de Spathaspora passalidarum (gene SpXYL1.1) e o SpXYL2 .2 gene que codifica uma xilitol desidrogenase dependente de NAD+. Estas enzimas foram co-expressas numa estirpe de S. cerevisiae que sobre-expressa o gene nativo XKS1 que codifica a xiluloquinase, bem como foram eliminadas na fosfatase alcalina codificada pelo gene PHO13. As cepas de S. cerevisiae que expressam as enzimas Spathaspora consumiram xilose, e o xilitol foi o principal produto da fermentação. Maiores taxas de crescimento específico, consumo de xilose e produtividades volumétricas de xilitol foram obtidas pela coexpressão dos genes SaXYL1 e SpXYL2.2, quando comparadas com a coexpressão da xilose redutase SpXYL1.1 dependente de NADPH. Durante a cofermentação glicose-xilose pela cepa com coexpressão dos genes SaXYL1 e SpXYL2.2, tanto etanol quanto xilitol foram produzidos eficientemente. Nossos resultados abrem a possibilidade de utilização das vantajosas leveduras Saccharomyces para a produção de xilitol, uma commodity com amplas aplicações comerciais nas indústrias farmacêutica, nutracêutica, alimentícia e de bebidas.