Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL), nos Estados Unidos, avançaram no entendimento de como bactérias utilizam complexos enzimáticos — os celulossomos — para degradar biomassa. Utilizando microscopia de super-resolução combinada com aprendizado de máquina, a equipe mapeou, em tempo real, a localização e o movimento desses complexos durante a decomposição.
Os celulossomos são estruturas compostas por dezenas de enzimas únicas. Eles desempenham papel crucial na capacidade da bactéria Clostridium thermocellum de degradar biomassa com eficiência.
Yannick Bomble, gerente de grupo do NREL e pesquisador sênior em bioenergia, afirma que essa bactéria é a melhor degradadora de biomassa identificada pela ciência até o momento. A pesquisa foi publicada na revista Life Science Alliance.
O estudo revelou que os celulossomos não apenas estão presentes em grande quantidade em cada bactéria, mas também são redistribuídos dinamicamente para maximizar a interação com o substrato de biomassa. Esse comportamento adaptativo surpreendeu os cientistas e abre novas perspectivas para a engenharia de sistemas biológicos voltados à produção de energia.
Foram utilizadas mais de 15 mil imagens capturadas em alta resolução, permitindo visualizar objetos separados por apenas 30 nanômetros. Cada imagem foi analisada com algoritmos de aprendizado de máquina, que identificaram padrões ocultos na distribuição e movimentação dos celulossomos ao longo do ciclo de vida bacteriano.
John Yarbrough, pesquisador do NREL e autor principal do estudo, destacou que os celulossomos se concentram nas superfícies celulares em contato direto com a biomassa. Eles se deslocam e diminuem em quantidade nas fases finais do ciclo de vida bacteriano.
A técnica também permitiu a quantificação precisa de mudanças nos estágios de crescimento bacteriano, tamanhos de clusters de celulossomos e densidade por unidade de área. Esses dados são fundamentais para o desenvolvimento de sistemas de bioprocessamento consolidados, que prometem transformar biomassa em combustíveis e produtos químicos de forma mais eficiente.
A abordagem elimina etapas onerosas como o pré-tratamento da biomassa, reduzindo custos operacionais em escala industrial. Bomble enfatizou que a pesquisa abre caminho para inovações em biotecnologia de amplo alcance.
O NREL já registrou propriedade intelectual relacionada a esses avanços, incluindo métodos de biomanufatura sem células que utilizam componentes de celulossomos para imobilização enzimática avançada. A pesquisa também estabelece base para estudos futuros sobre outras bactérias e consórcios microbianos promissores no setor de biocombustíveis.
Leia mais sobre o assunto na phys.org.
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