O grupo de pesquisa da Universidade Federal de Viçosa (UFV), Fisiologia e Biotecnologia de Leveduras, tem o grande objetivo de ao mesmo tempo compreender o metabolismo desses microrganismos e promover a sua melhora para produção de bioprodutos. 

As pesquisas utilizam subprodutos agroindustriais, como o bagaço de cana-de-açúcar, permeado de soro de leite e soro de ricota, como matérias-primas para a produção de bioprodutos de interesse por leveduras.  Diferentemente dos  combustíveis tradicionais produzidos pela indústria petroquímica, os biocombustíveis são renováveis, derivados do processo de fermentação de resíduos da agroindústria ou florestais, por exemplo. Isso significa um avanço promissor em termos de sustentabilidade, visto que esse modelo de produção reduz o descarte de rejeitos e resulta em produtos alternativos menos poluentes e degradantes do meio ambiente.

A busca pela redução da dependência das refinarias de petróleo pode,  pelo menos em parte, ser alcançada pelas biorrefinarias. Isto  impulsiona o grupo a entender cada vez mais os bioprocessos com   leveduras  que podem ser utilizadas em biorrefinarias. No laboratório de Fisiologia de Microrganismos,  leveduras não convencionais são estudadas para a produção de  bioetanol e as  leveduras oleaginosas, que produzem grande quantidade de lipídios, são usadas como fonte de óleo para a produção de biocombustíveis derivados de ácido graxo, como o biodiesel. 

Além dos biocombustíveis, as leveduras estudadas podem produzir  bioprodutos de interesse para diferentes indústrias, como a alimentícia, visto que são fonte de óleos utilizados na alimentação humana e animal e resultam também em bioprodutos como o xilitol (substituto ao açúcar),  e de cosméticos, já que pode produzir o álcool aromático 2-feniletanol, que confere odor de pétalas de rosas. 

Para atingir o objetivo de produzir e melhorar os bioprodutos, é preciso entender o metabolismo e o crescimento dos microrganismos. Por isso algumas pesquisas são voltadas à fisiologia das leveduras, buscando compreender como estas  se comportam frente a  situações de estresse encontradas em processos fermentativos. Uma delas é o acúmulo do bioproduto de interesse, que pode causar  a inibição do crescimento ou mesmo a perda da viabilidade celular.  O metabolismo de leveduras  é estudado de forma sistêmica, com foco na reconstrução de modelos metabólicos em escala genômica, utilizando inclusive o aprendizado de máquina (Machine learning), para predizer, a partir de métricas de uso de códons, a abundância de proteínas de um microrganismo.  Predizendo a abundância de proteínas, é possível fazer predições acerca do metabolismo de microrganismos. Ou seja, a parte computacional nos ajuda a  adquirir  informações que direcionam os experimentos que devem ser realizados para melhorar a capacidade dos modelos metabólicos de predizer o fenótipo celular. 

A seleção de linhagens mutantes com maior tolerância a compostos inibidores encontrados em bioprocessos também é outra meta do grupo de pesquisa. A estratégia de evolução adaptativa em laboratório vem sendo empregada com sucesso em estudos recentes do grupo. Tal estratégia foi aplicada com sucesso para a seleção de linhagens da levedura Kluyveromyces marxianus mais tolerantes ao etanol, produzido em grande quantidade em processos fermentativos. Essa maior resistência ao álcool permite que as leveduras possam ser reutilizadas em novos ciclos de fermentação, reduzindo a necessidade de novos cultivos de microrganismos para a produção de inóculo. 

Outra pesquisa empregou a evolução adaptativa em laboratório para a seleção de linhagens da levedura Papiliotrema laurentii,  mais tolerantes ao ácido acético,  composto formado durante o pré-tratamento do bagaço de cana-de-cana-de açúcar, subproduto abundante e de baixo custo.  A inibição do crescimento causada pelo ácido acético compromete o crescimento da levedura e, consequentemente,  a produção dos lipídios a partir de biomassas lignocelulósicas. Portanto, as linhagens evoluídas selecionadas pelo grupo de pesquisa são promissoras. 

Os desafios ainda são grandes, mas os resultados são animadores e impulsionam cada vez mais a aplicação de microrganismos para a produção de bioprodutos que podem trazer benefícios econômicos, ecológicos e sociais. Espera-se que a médio prazo as biorrefinarias tenham um portfólio de produtos cada vez mais amplo e menos restrito, o que possibilitaria a substituição dos produtos químicos não renováveis e poluentes.