Cientistas desvendam microbioma de usinas de etanol para melhorar eficiência e reduzir CO2

Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) realizaram um estudo inédito que mapeia detalhadamente os microrganismos presentes nas usinas de etanol de cana-de-açúcar. A pesquisa, publicada na revista Nature Communications, revela bactérias que podem tanto elevar o rendimento do etanol quanto prejudicar o processo, oferecendo informações que visam melhorar a eficiência, reduzir custos e diminuir as emissões de carbono.

Microrganismos

Assim como o microbioma humano é composto por diferentes microrganismos, as usinas de etanol também apresentam um ecossistema microbiano complexo. Em ambientes abertos como esses, é comum o surgimento de bactérias que não participam da produção de etanol, mas que utilizam o açúcar do processo, desviando-o e comprometendo a eficiência da fermentação. Entre esses micróbios estão as bactérias lácticas, também presentes no leite. O conhecimento profundo sobre esses organismos abre portas para melhorias significativas na produção.

Análise do microbioma

O estudo foi financiado pela FAPESP e coordenado pelo pesquisador Felipe Lino, com a participação de cientistas da Escola Politécnica (Poli) da USP e do Centro de Biossustentabilidade da Fundação Novo Nordisk, da DTU. A equipe analisou o microbioma de duas usinas no Estado de São Paulo em três períodos diferentes da safra (início, meio e final). Usando o método de sequenciamento metagenômico “shotgun”, eles sequenciaram o DNA de todas as espécies presentes, buscando entender como esses microrganismos interagem.

“Estudamos o ecossistema das usinas como se fosse um organismo vivo. Analisamos cada célula para identificar quais microrganismos são agressivos ou benéficos para a fermentação e compreendemos as dinâmicas ecológicas que sustentam essa comunidade microbiana”, explicou Thiago Olitta Basso, professor de Engenharia Química da USP e um dos líderes do estudo. Segundo ele, ao longo da safra, ocorre uma alternância de linhagens de bactérias, com algumas cepas prejudiciais tornando-se predominantes. Além disso, foi constatado que, dentro de uma mesma espécie, há variantes tanto benéficas quanto nocivas.

Essas descobertas têm o potencial de aumentar em até 5% a eficiência da produção de etanol, o que representa um acréscimo de US$ 1,6 bilhão nos lucros do setor, além de uma redução de 2 milhões de toneladas nas emissões anuais de CO₂.

Repensando o Uso de Antibióticos

Basso destaca que o estudo também levanta questões importantes sobre o uso de antibióticos na indústria de etanol, prática comum para eliminar microrganismos indesejados. Atualmente, antibióticos de amplo espectro são usados para eliminar todos os microrganismos, mesmo aqueles que não afetam diretamente a produção.

“A pesquisa sugere que, em vez de eliminar todos os microrganismos, seria mais eficiente focar em métodos que visem apenas as bactérias prejudiciais, ou até mesmo utilizar variantes benéficas como uma espécie de ‘probiótico’, modulando o microbioma da usina para controlar os microrganismos indesejados de forma natural”, comentou o pesquisador.

A pesquisa teve a colaboração dos alunos Thamiris Guerra Giacon e Bruno Labate Vale da Costa, orientados por Basso, e oferece novas possibilidades para a indústria de bioetanol, indicando o potencial de adaptação do microbioma para otimizar processos e reduzir impactos ambientais.

O artigo completo, intitulado Strain dynamics of contaminating bacteria modulate the yield of ethanol biorefineries, está disponível no site da Nature Communications: nature.com/articles/s41467-024-49683-2.