Cooperação internacional liderada pela Unicamp alcança um avanço promissor: proteínas de bactérias geneticamente modificadas podem otimizar em até 30% o rendimento do etanol de segunda geração, destravando um gargalo crucial na produção de biocombustíveis sustentáveis.

A busca por fontes de energia limpa e sustentável é uma prioridade global, e o etanol de segunda geração (2G) surge como uma solução promissora. Produzido a partir de resíduos agrícolas como o bagaço e a palha da cana-de-açúcar, este biocombustível tem o potencial de mitigar as mudanças climáticas e impulsionar o desenvolvimento econômico, além de ser um intermediário crucial para combustíveis de aviação sustentáveis. No entanto, o seu alto custo de produção, que supera o dos combustíveis fósseis e do etanol de primeira geração (1G), tem sido um dos principais desafios para sua viabilidade em larga escala.

Uma inovação revolucionária, desenvolvida por pesquisadoras da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) em uma colaboração internacional com instituições dos Estados Unidos, pode finalmente resolver esse entrave. Uma modificação genética que utiliza uma rota alternativa, baseada no uso de bactérias geneticamente modificadas, promete aumentar em até 30% o rendimento da produção de bioetanol. A tecnologia já foi protegida com pedido de patente e licenciada à empresa norte-americana Terragia Biofuel, que agora busca avançar para a fase de testes em escala ampliada, marcando um passo significativo para a energia renovável.

O Desafio do Etanol 2G e a Solução Colaborativa

O gargalo econômico na produção de etanol 2G reside no processo atual, que depende de leveduras para a fermentação. Esse método tradicional exige etapas prévias de tratamento termoquímico, sob altas temperaturas, e o uso de enzimas hidrolíticas para quebrar a hemicelulose e transformar a celulose em glicose. “Juntas, essas duas etapas elevam consideravelmente o custo de produção do biocombustível“, explica Luana Walravens Bergamo, pesquisadora do Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG) da Unicamp e integrante do estudo.

A proposta inovadora é a rota alternativa do Consolidated Bioprocessing (CBP), ou Bioprocessamento Consolidado, que simplifica drasticamente o processo produtivo. Essa estratégia substitui as leveduras por bactérias anaeróbias termofílicas, microrganismos com a capacidade natural de desconstruir a biomassa lignocelulósica e realizar a fermentação em um único processo, eliminando as caras etapas de pré-tratamento. Essa alternativa tem sido estudada há mais de três décadas pelo grupo coordenado pelo professor Lee Lynd, da Dartmouth College, com foco na bactéria *Clostridium thermocellum*.

Unindo Forças: O Potencial das Bactérias Modificadas

A limitação original da bactéria *Clostridium thermocellum* era sua baixa produção de etanol, apesar de sua excelência em degradar a celulose. Christopher David Herring, pesquisador da Terragia Biofuel, observa que, embora as leveduras sejam economicamente úteis, são limitadas nos tipos de carboidratos que fermentam. Já as bactérias em estudo conseguem fermentar uma variedade maior, mas exigem engenharia genética para alcançar a mesma eficiência.

“Essas bactérias utilizam uma via metabólica diferente para produzir etanol e, embora já conhecêssemos as enzimas envolvidas na conversão de carbono, pouco sabíamos sobre como outras enzimas equilibravam o hidrogênio e os elétrons. Essa lacuna no conhecimento prejudicava nossa capacidade de produzir etanol com a mesma eficiência das leveduras”, explica o pesquisador.

Para superar esses obstáculos, as pesquisadoras brasileiras e o pesquisador norte-americano focaram em uma segunda bactéria, a *Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum*, conhecida por sua alta capacidade de produção de etanol. “Tínhamos, portanto, dois microrganismos complementares: um que produz muito etanol, mas não degrada celulose, e outro que degrada a biomassa com excelência, mas não gera um bom rendimento do biocombustível“, comenta Bergamo.

A tese de doutorado de Layse Costa de Souza, desenvolvida no CBMEG da Unicamp, foi crucial para desvendar o metabolismo da bactéria de alta performance. Ela identificou as proteínas-chave responsáveis por essa eficiência e, através de engenharia genética, transferiu os genes dessas proteínas para a bactéria *Clostridium thermocellum*. “Como resultado dessa engenharia genética, conseguimos obter uma produção de etanol significativamente elevada“, afirma Souza.

A Descoberta da HfsD: Virando a Mesa do Hidrogênio

O achado central da pesquisa desafiou uma antiga suposição da bioquímica microbiana, onde as hidrogenases (enzimas que produzem hidrogênio) eram vistas como concorrentes do etanol. A equipe identificou que uma hidrogenase específica, a HfsD, tem um efeito oposto. Sem ela, a célula não recicla a ferredoxina – um passo essencial para transformar açúcar em etanol – nem produz o cofator NADPH, necessário para a etapa final da reação.

“Identificamos como regular esse metabolismo para que o hidrogênio não seja um vilão, e sim um intermediário da reação”, descreve Souza.

Essa hipótese, batizada de *redox balance via hydrogen cycling* (balanço redox por ciclagem de hidrogênio), foi apresentada na defesa do doutorado de Souza na Unicamp. O estudo demonstrou que a HfsD gera um excesso de cofator, exigindo uma segunda proteína acessória para equilibrar o processo, o que explica a necessidade de testar diferentes linhagens. “A maioria das tentativas de engenharia metabólica se concentra em melhorar a cinética de uma proteína ou eliminar vias que competem por carbono. Nossa hipótese mostra que isso não basta: é preciso também equilibrar os cofatores e os carregadores de elétrons“, resume Souza.

Resultados Inovadores e os Próximos Passos para a Indústria

Nos testes de bancada, as linhagens modificadas demonstraram um aumento de rendimento de até quase 30% em comparação com as bactérias não modificadas. Em uma delas, batizada A2G-0053, o rendimento saltou de 59,8% para 88,5% do máximo teórico após a inserção da hidrogenase-chave. “Já testamos outras modificações usando proteínas heterólogas. Em geral, o aumento fica entre 5% e 10%. Esse foi um resultado bem mais expressivo“, avalia Bergamo.

O foco principal do projeto é a produção de etanol a partir do bagaço de cana, mas a tecnologia é versátil e pode ser aplicada a outros substratos, como agave, palha de milho e folha de eucalipto. Apesar dos números promissores, novos testes são essenciais para que a tecnologia possa ser aplicável à indústria.

“Um desafio comum a todas as linhagens é saber qual o limite que a bactéria alcança até que o próprio etanol tenha efeito reverso e iniba a produção”, diz Bergamo.

Os pesquisadores também destacam a necessidade de avaliar a competitividade da linhagem modificada em um biorreator industrial. O próximo passo crucial é o escalonamento, para verificar se o desempenho observado em bancada se repete em bateladas maiores, uma etapa que será conduzida pela Terragia Biofuel.

Reconhecimento à Inovação: Prêmio Inventores Unicamp

Este trabalho inovador foi fruto de um acordo de pesquisa, desenvolvimento e inovação (PD&I) entre a Unicamp, o Dartmouth College e a empresa licenciada, integrando as atividades do Advanced Second Generation Biofuel Laboratory (A2G), sediado na Unicamp e financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

Luana Walravens Bergamo, Layse Costa De Souza e Christopher David Herring foram reconhecidos na categoria Propriedade Intelectual Licenciada no Prêmio Inventores 2026 da Inova Unicamp, que celebra e valoriza as inovações e a transferência de tecnologia da Universidade. Você pode conferir a lista completa de todos os premiados no site do Prêmio Inventores da Unicamp.

A descoberta da Unicamp e seus parceiros representa um marco fundamental para a produção de etanol de segunda geração, transformando um obstáculo em uma oportunidade de avanço. O aumento de até 30% no rendimento, aliado à simplificação do processo produtivo, pode tornar o etanol 2G economicamente competitivo, acelerando sua adoção como uma verdadeira alternativa energética limpa e sustentável. A fase de escalonamento será decisiva para consolidar essa tecnologia e pavimentar o caminho para um futuro com menos dependência de combustíveis fósseis e maior segurança energética global.