A step forward in the development of a syngas-based biorefinery using the new acetogen Acetobacterium wieringae JM

As bactérias acetogénicas oferecem uma solução para a produção sustentável de produtos químicos a partir de correntes gasosas poluentes/ gases residuais como o gás síntese (CO, H2 e CO2). Esta tese explora o potencial da bactéria acetogénica Acetobacterium wieringae JM, e aborda os principais desafios na fermentação do gás de síntese, incluindo limitações de transferência de massa gás-líquido, flexibilidade metabólica, engenharia genética para diversificação de produtos e a escalabilidade de processos. A cinética de conversão de gás de síntese em acetato por A. wieringae e espécies de Clostridium sob diferentes pressões parciais iniciais de CO foi avaliada. As estirpes de A. wieringae estudadas exibiram crescimento superior em todas as composições de gás, atingindo uma taxa de crescimento máxima de 0.104 h-1. Os padrões de consumo de CO, H2 e CO2 distintos revelaram flexibilidade metabólica e adaptação a diferentes composições de gás de síntese. Reconhecendo a necessidade de ferramentas genéticas para manipular esta nova estirpe, A. wieringae JM, foi desenvolvido e otimizado um protocolo de eletrotransformação, atingindo eficiências de transformação até 2.0 × 103 UFC/μgADN. A funcionalidade do marcador de resistência a tianfenicol, catP, e de várias origens de replicação foram confirmadas. Com este protocolo eficiente de transformação, foi possível a introdução do operão de produção de acetona de Clostridium acetobutylicum, levando à produção não nativa de acetona em A. wieringae JM. A produção de acetona em A. wieringae JM foi depois otimizada, com a identificação e caracterização de novos promotores constitutivos. O promotor PFTL demonstrou melhorar significativamente a expressão do operão de produção de acetona, resultando na produção máxima de 41.3 mM de acetona a partir de gás síntese, após otimização simultânea das condições de fermentação. A utilização de múltiplas unidades transcricionais e a substituição da CoA-transferase de C. acetobutylicum pelo homólogo de C. beijerinckii também melhoraram a produção de acetona. Esta tese avaliou A. wieringae JM modificada para produzir acetona em diferentes configurações de biorreator, modos de operação e composições de gás síntese, demonstrando sucesso na utilização de gás síntese real, derivado da gasificação biomassa lignocelulósica. Adicionalmente, a disponibilidade de gás e a transferência de massa gás-líquido demonstrou influenciar significativamente as vias metabólicas e a biossíntese de acetona. Esta tese avança no desenvolvimento de bioprocessos com gás síntese, promovendo a produção química sustentável e um futuro mais verde.

Name thesis:degree_name

Programa doutoral em Chemical and Biological Engineering

Grantor

Universidade do Minho

Year dc:date.issued

2025

Author dc:creator

• Moreira, João Paulo Carvalho

Advisors dc:contributor.advisor

• Alves, Joana I.
• Domingues, Lucília

• Acetobacterium wieringae
• Acetona
• Bactérias acetogénicas
• Engenharia metabólica
• Gás síntese
• Acetogenic bacteria
• Acetone
• Metabolic engineering
• Syngas

Statement dc:rights

• embargoedAccess (3 Years)

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

eng

Handle dc:identifier.uri

https://hdl.handle.net/1822/95758

OAI record oai:identifier

http://repositorium.sdum.uminho.pt/oai/request?verb=GetRecord&metadataPrefix=dim&identifier=oai%3Arepositorium.uminho.pt%3A1822%2F95758