A lignocelulose é o principal componente estrutural das plantas, mas sua complexidade dificulta o acesso eficiente aos açúcares que ela contém. Essa estrutura é formada por celulose, composta por longas cadeias de glicose; hemicelulose, constituída por diversos tipos de polissacarídeos; e lignina, um polímero fenólico que atua como barreira protetora. Entre os principais desafios para sua degradação, destacam-se a resistência física imposta pela lignina à ação enzimática, a diversidade estrutural da hemicelulose que exige diferentes tipos de enzimas, e a influência de fatores como temperatura e pH sobre a estabilidade das enzimas utilizadas. Diante desse cenário, uma das estratégias promissoras envolve a otimização de coquetéis enzimáticos por meio da engenharia genética.

Um exemplo relevante nessa área é o trabalho realizado pelo Laboratório de Microbiologia e Biologia Celular da USP de Ribeirão Preto (LMBC), que tem como uma de suas frentes de pesquisa o desenvolvimento e aprimoramento de coquetéis enzimáticos voltados à degradação de biomassa lignocelulósica. Esse tipo de biomassa representa uma fonte renovável de energia com grande potencial, mas demanda uma ação enzimática coordenada e altamente eficiente para liberar os açúcares fermentáveis. Em um estudo conduzido pela professora Maria de Lourdes Morais Polizeli, investigou-se como diferentes condições climáticas simuladas — como o aumento da temperatura, a elevação dos níveis de CO₂ e a combinação desses fatores — influenciam a composição da biomassa e sua susceptibilidade à ação enzimática. Com base nesses dados, o grupo desenvolveu coquetéis enzimáticos personalizados para cada condição, incorporando não apenas enzimas celulolíticas convencionais, mas também proteínas acessórias como hemicelulases, LPMOs e expansinas, que melhoram o acesso à celulose e potencializam a eficiência da hidrólise.

Além da formulação de misturas adaptadas, outra linha de pesquisa promissora envolve a modificação do código genético de enzimas com potencial elevado, visando aprimorar características como atividade catalítica, estabilidade térmica e sinergia com outras enzimas. Essa abordagem permite gerar variantes enzimáticas com desempenho superior, que são então avaliadas experimentalmente quanto à sua eficácia e compatibilidade dentro dos coquetéis enzimáticos. Trata-se de uma estratégia racional e dirigida, que contribui para o desenvolvimento de soluções biotecnológicas mais eficazes.

Outro exemplo relevante vem do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), onde pesquisadores demonstraram como a engenharia genética pode ser aplicada para aumentar a produção de enzimas utilizadas na degradação de biomassa. Utilizando a cepa RUT-C30 do fungo Trichoderma reesei, conhecida por sua elevada capacidade de secreção de enzimas degradadoras da parede celular vegetal, o grupo implementou seis modificações genéticas utilizando a técnica CRISPR/Cas9. As alterações incluíram a edição de fatores de transcrição para intensificar a expressão gênica, a deleção de proteases responsáveis por degradar as próprias enzimas produzidas, e a introdução de genes codificadores de enzimas ausentes na cepa original. Como resultado, a produtividade enzimática atingiu até 80 g/L a partir de resíduos agroindustriais como a palha de cana-de-açúcar, representando mais que o dobro dos níveis anteriormente registrados.

Esse processo foi testado em escala piloto, demonstrando viabilidade tanto técnica quanto econômica. Além disso, o grupo identificou sete novas classes de enzimas com aplicações potenciais em diferentes setores industriais, incluindo os de biocombustíveis, alimentos e têxteis. Esses resultados reforçam como a integração entre genética, bioquímica e caracterização funcional pode gerar soluções inovadoras, explorando a diversidade natural de maneira orientada pela ciência.

Dessa forma, a engenharia genética, fundamentada na compreensão química das moléculas biológicas, permite o desenvolvimento de soluções sob medida para desafios industriais e ambientais. A sinergia entre química e biotecnologia continua sendo essencial para impulsionar inovações científicas com aplicação prática e impacto sustentável.