Valeria Reginatto Spiller.

A III Semana Latino Americana de Bioeletroquímica Microbiana teve como objetivo fornecer uma compreensão dos princípios científicos, tecnologias e aplicações dos sistemas bioeletroquimicos na indústria e no meio ambiente, destacando seu papel no tratamento de águas residuárias, geração de bioenergia e produção de bioprodutos sustentáveis. O curso busca capacitar os participantes com conhecimentos teóricos e práticos para a implementação e otimização de sistemas bioeletroquímicos em diferentes contextos ambientais e industriais.Nos anos de 2022 e 2023, foram realizadas a I e II Semana Latino Americana de Bioeletroquímica de forma online e contaram com docentes da Argentina, Brasil, Chile, Colômbia, México e Uruguai e a participação de mais de 100 alunos em cada evento. Além disso, cada um desses eventos foi oferecido como curso de extensão universitária e como uma disciplina integrada disponibilizada simultaneamente por três cursos de pós-graduação de instituições brasileira (USP, UNIFESP e UFC).Desta forma, aproveitando a experiencia prévia do grupo em realizar um curso de curta duração, propõem-se a realização da III Semana Latino Americana de Bioeletroquímica Microbiana de forma presencial com o objetivo de se ter uma interação mais direta e imediata entre alunos e professores, permitindo uma aprendizagem mais dinâmica e personalizada, além de favorecer a troca de experiências e a construção de redes de contato, aspectos que são limitados em cursos à distância.Portanto , a terceira versão do curso foi oferecida de forma híbrida, ou seja presencial e transmitida ao vivo no canal do YouTube.As vagas presenciais foram preenchidas por alunos de diferentes países Latinoamericanos: 12 alunos do Brasil, 3 alunos do Chile, 2 alunos do Uruguai, 2 alunos do México, 1 aluno do Paraguai.

Este curso de formação, transmitido online , foi voltado mais especificamente a pós-graduandos, onde participaram professores membros da Sociedade Latinoamericana de Bioeletroquímica Microbiana e de Universidade brasileiras UFF, UFSJ, UNIFESP, UFC e USP Tivemos 97 inscritos.

A I Semana Latino Americana de Bioeletroquímica é uma apresentação de tópicos sobre Bioeletroquímica, que consta com palestrantes do Programa de Pós-Graduação em Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (FFCLRP-USP), além de palestrantes de outras unidades e países. É destinado a estudantes de graduação das áreas de química, biologia e engenharias. Possui caráter de extensão e visa informar e atualizar os participantes sobre a bioeletroquímica. Essa atividade irá oferecer palestras e apresentação de vídeos de metodologias fundamentais, ministradas por importantes pesquisadores da área. Assim, essa atividade constitui-se como espaço de intensa discussão e promoção do conhecimento científico, sendo necessária a carga horária de 40 horas para a plena execução das atividades propostas.

A região da Alta Mogiana é tradicionalmente reconhecida pela produção de café de qualidade, favorecida pelos seus aspectos geográficos. Entretanto, os preços do café estão em baixa no mercado internacional, devido à grande oferta do produto no mundo todo. Para contornar esta desvalorização, os agricultores têm investido na produção de cafés especiais, que possibilita aumentar o valor médio da saca em torno de três a 8 vezes. Um café especial é aquele que atinge um mínimo de pontos em aspectos relacionados a sua qualidade sensorial. Os processos de obtenção de cafés especiais não se limitam às etapas de campo. A busca por novos atributos do grão do café faz com que técnicas de pôs colheita sejam implementadas, dentre elas, a fermentação. Entretanto, muitos agricultores não lançam mão desta metodologia por falta de conhecimento. Neste sentido, este projeto visa apoiar os produtores de café da Alta Mogiana em assuntos relacionados à fermentação. Estas informações vão, deste fornecer informações básicas a respeito do processo de fermentação até implementar uma fermentação de microlotes de café em uma fazendo da Região, gerando protocolos e indicadores de monitoramento. Estas atividades deverão gerar materiais que serão disponibilizados para os produtores.

Nos últimos anos Ribeirão Preto também se tornou um Polo Cervejeiro que tem por missão promover a cultura cervejeira na cidade, fortalecendo suas micro-cervejarias. Portanto, esta atividade representa uma oportunidade de trabalho para os egressos do Curso de Bacharelado em Química com Habilitação em Química Tecnológica, Biotecnologia e Agroindústria da FFCLRP/USP. Além disso, o processo de fabricação da cerveja envolve vários conceitos de química, bioquímica, microbiologia que podem ser desenvolvidos durante as aulas práticas. Neste sentido, este projeto pretende implementar as novas metodologias de ensino incentivando o aluno à aplicação dos seus conhecimentos em um processo biotecnológico e na solução de problemas. Durante o projeto os alunos serão auxiliados no desenvolvimento de um protocolo de fabricação e monitoramento da fermentação. As experiências adquiridas por meio destas atividades serão disponibilizados para os profissionais de ensino médio e superior.

Organização do Dia do Químico como representante da Comissão de Cultura e Extensão

Aplicação de processo biológico para o tratamento de resíduos perigosos gerados no Campus da USP de Ribeirão Preto

Criação e manutenção de uma Fanpage para a divulgação de pesquisas e atividades do Departamento de Química

Projeto de Cultura e Extensão visando aprimorar o material didático da Disciplina de Bioquímica Industrial Experimental para disponibilização à comunidade acadêmica.

Participação na organização do 1° ENQBIOTEC

Edital USP- Aprender com Cultura e Extensão

Desenvolvimento em catálise enzimática, engenharia metabólica, bioeletroquímica, materiais biomiméticos, processos de separação e purificação de produtos e meio de cultivo a jusante, e engenharia de processos para concepção, validação e teste de tecnologia de descarbonização de correntes industriais de uma unidade industrial da PETROBRAS a ser indicada durante a execução do projeto, baseada em biocaptura e biorredução de CO2 a metanol e a ácido glicólico (AG).

A construção de uma economia centrada na biotecnologia, na agricultura e na biodiversidade, permitirá substituir os produtos que na atualidade são feitos por meio de fontes fósseis. Assim, a procura e desenvolvimento de novos biocatalisadores são essenciais para o estabelecimento de processos industriais sustentáveis. Na última década, uma conjunção de avanços em diversas disciplinas permitiu aos engenheiros metabólicos e biólogos sintéticos o desenho e obtenção de microrganismos para produção direcionada de diferentes tipos de biomoléculas. No entanto, ainda existem duas principais limitações na área: (i) a falta de chassis microbianos com propriedades bioquímicas ou fisiológicas intrinsecamente adaptadas para desenvolver processos específicos da indústria de forma otimizada, e, (ii) um arsenal restrito de partes biológicas para a manipulação genética de hospedeiros microbianos não-convencionais. Assim, o presente projeto visa à obtenção de células microbianas ideais nas quais biotransformações de interesse biotecnológico possam ser implantadas mediantes duas abordagens diferentes e complementárias. Por um lado, se realizará a prospecção de novos chassis bacterianos a partir do isolamento destes em fontes de carbono abundantes e com baixo custo financeiro. Em seguida, seus genomas serão sequenciados e serão caracterizadas partes biológicas e ferramentas moleculares para algumas das novas bactérias isoladas, selecionadas de acordo com os genes e vias metabólicas de interesse. Por outro lado, a segunda abordagem visa fazer uso da mineração de dados biológicos a fim de buscar novas ferramentas para a manipulação genética de Pseudomonas putida, uma bactéria Gram-negativa com propriedades industriais emergentes, assim como novos genes que possam conferir maior robustez a microrganismos sob condições extremas, como as necessárias em bioprocessos industriais.

Curso de curta duração na modalidade à distância: Metabolic And Microbial Characterization Approaches In Microbiomes And Biorefineries Anaerobic

O desenvolvimento sustentável é um dos desafios mais importantes do nosso século. Nos últimos anos conceitos como a Bioeconomia alavancaram políticas públicas e pesquisas que priorizam o uso ou reuso de matérias-primas renováveis. Assim, recursos renováveis, especialmente resíduos, são potenciais insumos para produzir combustíveis, materiais e energia. Neste contexto, este projeto tem como foco a valorização de resíduos orgânicos e inorgânicos por meio de processos bioquímicos e bioeletroquímicos para a obtenção de bioprodutos e bioeletricidade. O projeto propõe a continuidade da linha de pesquisa conduzida no Laboratório de Biotecnologia Ambiental e Energias Renováveis - LABIORE, do Departamento de Química da FFCLRP-USP. Processos biocatalisados por Clostridium e bioeletroquímicos catalizados por consórcios bacterianos tem sido o foco de nossas investigações. Espécies de Clostridium tem sido aplicadas para a obtenção de hidrogênio e ácido butírico, além de 1,3-propanodiol (1,3-PDO) por fermentação de carboidratos e glicerol, respectivamente. Até o momento, tais bioprocessos foram conduzidos com compostos orgânicos e inorgânicos puros, visando mimetizar a composição de resíduos. Neste projeto, porém, deseja-se ampliar os conhecimentos adquiridos pela substituição de substratos puros por resíduos. Será investigada como a substituição parcial ou total dos compostos puros por resíduos impacta nos bioprocessos com Clostridium e com culturas mistas em CCM, em termos de produtividade e na fisiologia e bioquímica dos biocatalisadores. A concentração e a proporção que os resíduos podem ser utilizados será investigada por meio de planejamentos experimentais. Resíduos de composição predominantemente orgânica a serem explorados como fonte de carbono são o glicerol residual da produção de biodiesel e resíduos hortifrutícolas. Os macro e micronutrientes, essenciais ao funcionamento de sistemas biológicos serão substituídos por chorume de aterros sanitários urbanos ou seu concentrado (gerado após osmose reversa). Tais resíduos serão cofermentados para a obtenção de bioprodutos, tais como o H2, o ácido butírico, o 1,3-PDO em bioprocessos catalizados por Clostridium, além de eletricidade em Célula a Combustível Microbiana (CCM). Os bioprocessos serão acompanhado em termos de produtividade e eficiências, em cada etapa de substituição gradual de compostos puros por resíduos. Também serão monitoradas a expressão de enzimas chaves do metabolismo do Clostridium para o produto desejado. A Eficiência Coulomb no processo bioeletroquímico indicará a conversão de energia química contida nos resíduos em energia elétrica. A abordagem multidisciplinar do projeto é propiciada pelos participantes desta proposta. A valorização de resíduos orgânicos hortícolas é um dos objetivos de um projeto de colaboração que já vem sendo desenvolvido em conjunto com a Prof. Mónica Coca do Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente Universidad de Valladolid (Espanha). A Prof. Adalgisa Rodrigues de Andrade (FFCLRP/USP) contribuirá com a caracterização dos processos bioeletroquímicos e a Prof. María Eugenia Guazzaroni (FFCLRP/USP) com a investigação de comunidades microbianas envolvidas na degradação dos resíduos em CCM. Desta forma, os resultados do projeto auxiliarão na compreensão dos limites e na resiliência dos microrganismos aos resíduos. A substituição de insumos puros por resíduos, promoverá a valorização dos resíduos possibilitando a obtenção de produtos de valor agregado de forma mais sustentável e economicamente mais atrativa.

TITLE OF THE PROJECT (ACRONYM): Efficient Strategies for the valorization of fruit and vegetable wastes: production of bioactive compounds and advanced biofuels (VALORFRUIT)La referencia del proyecto es: PID2020-115110RB-I00 (Valor 107.000 )

The joint research proposal focuses on a sustainable, bio-based production of the important commodity chemical 1,3-propanediol (PDO) by anaerobic bacteria of the genus Clostridium. PDO can be manufactured by chemical synthesis or fermentation. Currently, ~150000 t of PDO are produced per year, which is expected to increase to ~225000 t per year by 2022. The joint research proposal is based on two renewable feedstock streams; the C5 fraction of lignocellulose hydrolysis and the glycerol waste fraction of biodiesel production. Both are produced in large quantities in both Germany and the State of São Paulo, Brasil, during biodiesel production and lignocellulose hydrolysis in biorefineries. Thus, the project addresses several of the research topics of the Call, namely development of sustainable bioproducts, use/processing of sustainably produced biomass to make biobased products, and reducing waste from food production.
The use of two different bio-based feedstocks will allow growth of the bacteria on pentoses (C5) with production of surplus reducing equivalents, which are used to complete conversion of glycerol to PDO. The eficiency of current glycerol fermentation pathways are limited by the fact that 50% of the glycerol needs to be oxidized in order to produce NADH, which is required for the reduction of the other 50% to PDO. Thus, the use of the C5 stream for growth and NADH production will lead to a much higher glycerol conversion to PDO. This will be achieved by constructing Clostridium mutants that can no longer use reducing equivalents by inactivating the respective genes for alcohols, hydrogen, isopropanol, and lactate production. Fermentation experiments will identify the best feedstock sources and whether simultaneous use of pentoses and glycerol will be hampered by catabolite repression. In the latter case, targeted mutagenesis will be employed to inactivate the responsible regulator CcpA. The clostridia envisaged for this project employ a vitamin B12-independent glycerol dehydratase, and the joint proposal also aims to engineer and express a vitamin B12-dependent glycerol dehydratase from Klebsiella pneumoniae in order to further improve its activity. Finally, we will also address a future use of renewable energy by employing bioelectrochemistry. Thus, we will test whether solar-, wind-, or water-generated electricity can be used as source of reducing equivalents for glycerol reduction to PDO. Clostridial wild-type and recombinant strains will be immobilized on electrodes and the biofilms will tested for uptake and use of the supplied electrons to produce PDO, by electrofermentation in a Microbial Electrolytic Cell (MEC) [figure1].
The joint research proposal will be complemented by graduate student recruitment and exchange programs that will be funded from existing intramural programs, and will therefore not drain the financial resources of the Call.

Com o aumento do interesse por práticas econômicas baseadas na utilização de materiais renováveis e residuais, os processos biotecnológicos têm sido considerados como uma das alternativas mais atraentes na valorização de tais matérias primas. Como exemplo, o biodiesel pode ser obtido a partir da reciclagem de óleos e gorduras, porém gera o glicerol como subproduto. A utilização do glicerol como fonte de carbono tem sido estudada em vários bioprocessos, dentre os quais destaca-se a sua conversão a 1,3-propanodiol (1,3-PDO) por bactérias do gênero Clostridium. A metabolização do glicerol ocorre por duas vias, uma oxidativa, pelas enzimas glicerol desidrogenase e di-hidroxiacetona cinase, e outra redutiva, pelas enzimas glicerol desidratase e 1,3-propanodiol oxidorredutase, sendo que o rendimento final de 1,3-PDO é dependente da expressão gênica destas enzimas. A utilização de xilose como co-substrato pode aumentar a formação de equivalentes redutores e, em consequência, a produção de 1,3-PDO, porém altera o perfil de expressão. Além do glicerol e de carboidratos, alguns clostridia são capazes de fixar CO2, proporcionando um rendimento ainda maior do produto desejado. Dessa forma, esta investigação visa ampliar os conhecimentos relativos às vias de metabolização do glicerol por clostridia pelo estudo da expressão gênica por RT-qPCR, visando a posterior transformação do microrganismo.

Várias cepas de clostrídios metabolizam o glicerol (C3) por duas vias metabólicas: o ramo redutor e o ramo oxidativo. Na via redutora, o glicerol é desidratado a 3-hidroxipropionaldeído (3-HPA). O 3-HPA é reduzido novamente a 1,3-PDO, sendo a coenzima NADH, necessária à redução, gerada pela via oxidativa do glicerol, mantendo assim o equilíbrio redox intracelular. A manutenção deste balanço redox pode ser crítico para a síntese de 1,3-PDO a partir do glicerol. A geração de equivalentes redutores intracelulares depende principalmente da oxidação de carboidratos. A hidrólise de resíduos agrícolas contendo lignocelulose libera monossacarídeos fermentáveis como glicose (C6) e xilose (C5). C6 pode ser usado como fonte de carbono por muitos microrganismos em fermentações industriais, mas apenas um número restrito de microrganismos é capaz de consumir C5. A fermentação de C3 e a co-fermentação de C3 e C5 por clostrídios serão as estratégias usadas para regular o suprimento de NADH, com o objetivo de aumentar a produção de 1,3-PDO. A capacidade de produção de 1,3-PDO de C. beijerinckii, C. pasteuranium e C. butyricum será avaliada em ensaios fermentativos usando glicerol puro e em combinação com xilose. Os níveis de expressão gênica, nas duas condições de fontes de carbono, dos genes dhaB1, dhaD1, dhaK, hydA e Pfo que codificam a glicerol desidratase (GDHt), glicerol desidrogenase (GDH), dihidroxiacetona quinase (DHAK), hidrogenase (HYD), piruvato-ferredoxina oxidoredutase (PFOR), enzimas chave envolvidas no metabolismo do glicerol em Clostridium, serão determinadas e comparadas com as respectivas atividades enzimáticas. Amostras de células clostridiais serão coletadas ao longo dos ensaios de fermentação das quais serão feitas a extração do mRNA e a síntese do cDNA, para a realização do qRT-PCR para os genes selecionados. Essas ações servirão de base para uma futura engenharia metabólica das cepas de Clostridium para a produção de 1,3-PDO.

Bolsa de pesquisa no exterior (BPE - FAPESP 2019/12044-9)

a bioeconomia é um assunto de grande interesse mundial, pois esta compreende a utilização de recursos biológicos renováveis da terra e do mar para produzir bioprodutos, tais como alimentos, combustíveis, materiais e energia. A obtenção de bioprodutos e energia se torna economicamente ainda mais interessante se as matérias primas se tratarem de subprodutos e/ou resíduos de atividades industriais. Dentro desse contexto, o Laboratório de Biotecnologia Ambiental e Energias Renováveis ? LABIORE, do Departamento de Química da FFCLRP-USP, vem estudando tecnologias sustentáveis para a recuperação de biocombustíveis e energia a partir de águas residuárias e resíduos agroindustriais. Em projetos de pesquisa anteriores a cepa Br21 de Clostridium beijerinckii (número acesso KT626859) foi isolado em nosso laboratório, e desde então o seu metabolismo tem sido explorado para a produção de H2 por fermentação. Este projeto visa ampliar os conhecimentos sobre o potencial biotecnológico da cepa isolada, investigando, além do biohidrogênio, a formação de outros bioprodutos de seu metabolismo, tais como os ácidos orgânicos, etanol, acetona, butanol e isopropanol. Como matérias primas serão utilizados carboidratos puros normalmente presentes em matérias primas renováveis (glicose e xilose), ?hidrolisados lignocelulósicos sintéticos? contendo carboidratos e derivados de hidrólise de biomassas (5-hidroximetilfurfural, siringaldeído e vanilina), além de hidrolisado de resíduos lignocelulósicos, como a palha de cana de açúcar. Ensaios de fermentação serão realizados para determinar os principais produtos do metabolismo do C. beijerinckii Br21 e as variáveis cinéticas dos bioprocessos a partir destas matérias primas. Numa segunda etapa do projeto, será investigado um sistema integrado fermentação/bioeletroquímico, visando a recuperação do H2 produzido pelo C. beijerinckii a partir dos carboidratos e o emprego dos subprodutos da fermentação em uma célula microbiológica a combustível (CMC) para gerar energia elétrica. Desta forma, este projeto contribuirá com a bioeconomia pela maximização do aproveitamento das matérias primas lignocelulósicas para a produção de H2, bioprodutos e energia.

O desenvolvimento de tecnologias para a obtenção de energias renováveis e menos poluentes é um assunto de interesse mundial. O hidrogênio (H2) é um combustível limpo- pois sua queima gera apenas água. O H2 pode ser produzido por via biológica (biohidrogênio), especialmente por fermentação, a partir de matérias-primas renováveis ricas em carboidratos. Recentemente, biomassas de algas com alta concentração de polissacarídeos têm sido estudadas como substratos para a produção de biohidrogênio, denominado de terceira geração. As algas apresentam elevado sequestro de CO2 e produtividade, comparada a outras biomassas, são organismos aquáticos, e, portanto, o seu cultivo não compete com a produção de alimentos. Além disso, as algas não apresentam lignina o que facilita a sua hidrólise. Neste projeto será utilizada biomassa da macroalga, Kappaphycus alvarezii, constituída por cerca de 50 a 70% de carboidratos, especialmente carragenana e celulose, como substrato para a produção de H2. Em uma primeira etapa do projeto serão isolados microrganismos produtores de H2 a partir de lodos anaeróbios que serão identificados por técnicas moleculares. O isolado deverá ter a capacidade de produzir H2 a partir de glicose e de galactose, os principais monossacarídeos derivados da hidrólise da alga. Posteriormente, será investigado o efeito de compostos potencialmente inibidores de fermentação, derivados da hidrólise da alga, tais como o 5-hidroximetilfurfural (HMF), o ácido levulínico e o ácido fórmico sobre a produção de H2 pelo microrganismo isolado. Numa segunda etapa do projeto será utilizada a biomassa da alga na sua forma integral e/ou como hidrolisado para a produção de H2. O hidrolisado será obtido a partir das condições ótimas de hidrólise com ácido clorídrico, estabelecidas por um planejamento experimental, tendo como variáveis a concentração do ácido, o tempo e a temperatura do tratamento. Portanto, este projeto verificará o potencial da biomassa da alga K. alvarezzi como substrato para a produção de biohidrogênio de terceira geração, além de estudar o efeito de monossacarídeos e inibidores, derivados da hidrólise da biomassa da alga, sobre a produção de H2 por fermentação.

Este projeto visa à produção de hidrogênio, um combustível limpo, alternativo aos combustíveis fósseis, pois sua combustão produz principalmente H2O. Este gás será produzido biologicamente, através da fermentação de carboidratos. Sabe-se que a produção biológica de hidrogênio (biohidrogênio) somente se torna economicamente competitiva, se as fontes de carboidratos forem de baixo custo, como os resíduos da agroindústria. Tendo em vista que o Estado de São Paulo é o maior processador de cana de açúcar do Brasil e que esta atividade gera uma grande quantidade de resíduos ricos em carboidratos, especialmente o bagaço de cana, será estudada a sua utilização como substrato para a produção de biohidrogênio. Entretanto, o carboidrato presente no bagaço deverá ser disponibilizado para a sua aplicação na fermentação. Neste projeto será realizada uma otimização da hidrólise do bagaço utilizando um planejamento experimental, tendo como variáveis a granulometria, a concentração do ácido, o tempo e a temperatura do tratamento. Como inóculo será utilizada cultura mista, ou seja, lodo de um sistema anaeróbio de tratamento de efluentes, submetido a diferentes tipos de pré-tratamentos para o enriquecimento de bactérias produtoras de hidrogênio. As condições adequadas à produção de hidrogênio por fermentação, tais com relação inicial substrato/microrganismo (So/Xo) e temperatura (35 e 50°C) empregando o bagaço de cana como fonte de carbono, serão investigadas em testes anaeróbios em batelada. A operação de biorreatores por longos períodos, a partir das condições estabelecidas nos testes em batelada, permitirá obter informações a respeito da possibilidade de produção estável de biohidrogênio a partir deste substrato. Além disso, será realizado o acompanhamento da microbiota presente nos biorreatores, através de ferramenta molecular baseada no DNA, o que permitirá avaliar a variabilidade genética dos principais organismos envolvidos na fermentação. (AU).

Este projeto visa a identificação via molecular dos microrganismos envolvidos na eliminação biológica do nitrogênio. Enfase a técnica de Fluorescence in situ Hibridization - FISH. Edital Universal CNPq

Eliminação de nitrogênio de efluentes com elevada concentração de nitrogênio , como resíduos agroindustriais