$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
A poluição por óleo está entre as causas mais graves de contaminação ambiental e afeta muito os ecossistemas, empresas e comunidades 3. As soluções são, por exemplo, necessárias para combater a poluição contínua por óleo originada das águas de rejeitos de areias betuminosas em Alberta, Canadá. Durante o processo de extração de petróleo de areias betuminosas, o betume, uma forma semissólida oxidada de petróleo, é removido usando técnicas de recuperação térmica que consomem cerca de 3,1 barris de água por barril de petróleo 1. A água de processo contaminada com óleo, principalmente proveniente de um rio local, é armazenada em bacias de rejeitos após a extração de betume. É necessária uma reciclagem mais eficaz da água de processo, a fim de reduzir a necessidade de absorção de água doce. Para facilitar a extração de betume e garantir que os locais a jusante cumpram as diretrizes de qualidade da água para a proteção dos ecossistemas aquáticos, os tratamentos de água de processo estão evoluindo rapidamente 3.
Para tratar a poluição de compostos orgânicos, tecnologias de biorremediação que empregam microrganismos são atualmente incentivadas 1. Os alcanos são a família de hidrocarbonetos mais abundante no petróleo bruto, contendo de 5 a 40 átomos de carbono por molécula 7, 21. Muitas bactérias são conhecidas por degradar alcanos de vários comprimentos por meio da oxidação sequencial do grupo metil terminal, formando primeiro álcoois, depois aldeídos e, finalmente, ácidos graxos 8. Dentro deste projeto iGEM, várias enzimas de diferentes organismos foram expressas e caracterizadas e disponibilizadas por meio do padrão BioBrick e do Registro de Peças Biológicas Padrão.
O bem estudado sistema alcano hidroxilase de Gordonia sp. TF6 facilita a etapa inicial de oxidação dos alcanos C5-C 13 junto com a dos cicloalcanos C5-C 8 usando um mínimo de quatro componentes: alkB2 (alcano 1-monooxigenase), rubA3, rubA4 (duas rubredoxinas) e RubB (rubredoxina redutase) 8, 21. A oxidação de alcanos de cadeia longa (variando de C15 a C36) é relatada como realizada por ladA, uma flavoproteína alcano monooxigenase de Geobacillus thermodinitrificans NG-80-2 7, 15, 18, 22. LadA forma um complexo catalítico com mononucleotídeo de flavina (FMN) que utiliza oxigênio atômico para oxidação. Isso resulta na conversão de alcanos no alcanol primário correspondente. Os álcoois são posteriormente oxidados por álcool e aldeído desidrogenase em ácidos graxos, que prontamente entram na via de β-oxidação 7, 21. Uma álcool desidrogenase independente de zinco da bactéria termofílica Geobacillus thermoleovorans B23 oxida alcanois de cadeia média em seus respectivos alcanais, usando NAD+ como cofator 10. A aldeído desidrogenase da mesma bactéria é capaz de catalisar a etapa final dependente de NAD+ na oxidação de cadeia média 11.
Com o objetivo de reduzir os custos de indução e manter a proliferação ideal do sistema bacteriano, foi caracterizado o promotor pCaiF de E.coli. Este promotor pode regular a expressão dos componentes da via de degradação dos hidrocarbonetos e é regulado pelos níveis de cAMP-Crp, que por sua vez dependem dos níveis de glicose 6. Em altas concentrações extracelulares de glicose no ambiente, o nível de cAMP celular (fosfato mononucleotídeo de adenosina cíclico) foi baixo devido à inibição da adenilil ciclase como efeito colateral do transporte de glicose mediado por PTS. Por outro lado, durante a limitação (baixas concentrações de glicose), o nível de cAMP aumentou e a PCR ligou-se ao cAMP formando o complexo cAMP-Crp, que se ligou ao pCaiF e ativou a transcrição dos componentes a jusante 6, 14.
A E. coli de tipo selvagem só pode tolerar concentrações moderadas de hidrocarbonetos. Para completar o kit de ferramentas, a tolerância aos hidrocarbonetos teve que ser abordada. Sabe-se que várias bactérias tolerantes a solventes orgânicos sobrevivem em sistemas bifásicos água-solvente 12. Os componentes moleculares conhecidos por aumentar a tolerância são chaperonas que facilitam o dobramento correto das proteínas. O sistema pré-dobradina de Pyrococcus horikoshii OT3, consistindo nas proteínas phPFDα e phPFDβ, demonstrou aumentar a tolerância a hidrocarbonetos 17.
O kit de ferramentas de conversão de alcano foi construído seguindo o princípio BioBrick, que está documentado no Registro de Peças Biológicas Padrão 9. BioBricks são plasmídeos contendo um inserto funcional específico que é flanqueado por 4 locais de restrição predefinidos. As inserções BioBrick podem ser estendidas de forma flexível, permitindo a construção de sistemas biológicos com novas funções.