Biotecnologia microbiana, Arnold L Demain, 2000

Prévia do material em texto

Biotecnologia microbiana
A Biotecnologia microbiana é a parte da microbiologia dedicada à produção de bens e serviços por meio de micro-organismos e os processos se desenvolvem a partir dos conceitos de biorrefinaria; biotecnologia e química verde. A diversidade de áreas de aplicação da Microbiologia Industrial, como a indústria farmacêutica, alimentar, agropecuária, energética, têxtil e de tratamento de resíduos, justifica a importância e o impacto desta disciplina na atualidade [1].
Os microrganismos desempenham papel fundamental na biotecnologia, seja ela a biotecnologia tradicional, que envolve a produção de produtos de interesse industrial a partir de bactérias, fungos e leveduras, ou a biotecnologia moderna que se utiliza de microrganismos geneticamente modificados, e principal motivo do uso de microorganismos para produzir compostos que de outra forma poderiam ser isolados de plantas e animais, ou sintetizado por químicos, é a facilidade de aumentar a produção por meio de manipulação genética e genética; Aumentos de 1000 vezes foram registrados para pequenos metabólitos[2].
	Os microrganismos são amplamente usados em indústrias para a produção de produtos químicos, como butanol, etanol e ácido cítrico, e suplementos alimentares (aminoácidos) e enzimas. São também usados na produção de pães, cerveja, vinho, vinagre, queijos e iogurtes[2].
São importantes agentes de biorremediação, ou seja, usados para remover ou reduzir a poluição ambiental. São utilizados em processos de biocatálise, convertendo substâncias químicas em outras, com maior rapidez e menor custo que processos totalmente químicos[3].
A fermentação de microrganismos é também aplicada pela indústria farmacêutica para obtenção de medicamentos que não são facilmente produzidos por síntese química. Nessa última aplicação, a química microbiana tem contribuído significativamente para a saúde da humanidade [3].
Biotecnologia microbiana tradicional
Metabolitos primários:
Os metabólitos primários são as pequenas moléculas de células de ingestão; são produtos intermediários ou finais das vias do metabolismo intermediário, blocos de construção para macromoléculas essenciais ou são convertidas em coenzimas. Alguns metabolitos primários utilizados nos alimentos e indústrias de alimentos para animais incluem: Aminoácidos, como o ácido glutâmico, que é o principal aminoácido comercial, a lisina, um aminoácido essencial porem deficiente na maioria dos cereais, o ácido cítrico que é usado como conservante natural (antioxidante), são produzidos, geralmente por fungos filamentosos e possuem uma grande receita anual e o álcool etílico que é produzido por fermentação de açúcar ou um polissacarídeo que pode ser despolimerizado a um açúcar fermentável[4] [5].
Obtém-se ácido glutâmico hidrolisando o glúten com ácido clorídrico, descolorando os produtos da hidrólise com carvão ativado e concentrando o filtrado. O cloreto do ácido glutâmico se separa e se cristaliza, convertendo se em glutamato monossódico. O glutamato monossódico é utilizado em alimentos com o objetivo de proporcionar o gosto umami, também chamado de quinto gosto básico, sendo classificado na legislação brasileira como realçador de sabor. Tecnologicamente, o produto é utilizado para equilibrar e harmonizar a percepção total do sabor dos alimentos, quando misturado aos outros ingredientes. Nomes comerciais do glutamato monossódico incluem AJI-NO-MOTO®. Mercado mundial para Glutamato-L US $ 915 milhões[6].
	Os aminoácidos essenciais lisina, treonina, metionina e isoleucina são sintetizados em uma mesma via metabólica a partir de um precursor comum, o ácido aspártico[7]. A deficiência dos cereais, primariamente em lisina e em escala menor, em outros aminoácidos, é fator extremamente preocupante visto que este grupo vegetal representa cerca de 70% da matéria seca produzida e cerca de 73% da proteína vegetal consumida, tanto na alimentação humana como na alimentação animal [8]. Mercado mundial para L- lisina US $ 450 milhões.
	O melhoramento genético clássico de plantas tem sido usado, com sucesso, há muitos anos no intuito de desenvolver espécies com características agronômicas ou nutricionais importantes. No entanto, sempre existiram limitações, que foram superadas pela biotecnologia, utilizando a tecnologia do DNA recombinante. Essa nova tecnologia trouxe ganhos genéticos substanciais ao melhoramento de plantas, que não seriam possíveis com técnicas de melhoramento tradicionais. Este método já é utilizado para aumentar a produção de lisina [9].
Metabolitos secundários:
	Os metabólitos secundários são extremamente importantes para a saúde e nutrição. Como um grupo que inclui antibióticos, grupo mais conhecido, outros medicamentos, toxinas, biopesticidas e fatores de crescimento de animais e plantas, eles possuem uma tremenda importância econômica[9].
	Na natureza, metabólitos secundários são importantes para organismos que os produzem, funcionando como: (1) hormônios sexuais; (2) ionóforos; (3) armas competitivas contra outras bactérias, fungos, amebas, insetos e plantas; (4) agentes de simbiose; e (5) efetores de diferenciação. Durante anos, a maioria dos produtos farmacêuticos que eram utilizados para doenças não infecciosas eram estritamente sintéticos. Da mesma forma, a maioria doenças parasitárias microbianas em animais (por exemplo, coccidiostáticosanti-helmínticos) vieram da triagem decompostos sintetizados seguidos de modificações. Apesar dos testes de milhares de produtos sintéticos, apenas algumas estruturas promissoras foram encontradas e à medida que novos compostos se tornaram cada vez mais difíceis de encontrar, os caldos microbianos preencheram o vazio e produtos microbianos aumentaram em importância[9].
	Muitos produtos microbianos com importantes atividades farmacológicas foram descobertos pela triagem de inibidores usando ensaios enzimáticos simples. Um enorme sucesso tem sido as estatinas, incluindo a lovastatina (também conhecido como mevinolina) e pravastatina: produtos fúngicos que são usados ​​como agentes redutores de colesterol em humanos e animais[9].
Biotecnologia microbiana moderna
O nascimento da tecnologia de DNA recombinante impulsionou a biotecnologia a novas alturas e levou ao estabelecimento de uma nova indústria. Além dessa tecnologia a biotecnologia microbiana moderna abrange fermentação, fisiologia microbiana, triagem de alto rendimento para novos metabólitos e melhoria de deformação, imobilização celular (engenharia enzimática), fusão celular, engenharia metabólica, projeto de biorreatores, processamento a jusante, mutagênese in vitro e evolução dirigida de enzimas[9].
O progresso em biotecnologia tem sido verdadeiramente notável. Após a descoberta da tecnologia de DNA recombinante, bactérias geneticamente modificadas estavam produzindo insulina humana e hormônio do crescimento. Isso levou a uma explosão de investimentos de novas empresas, principalmente dedicadas a inovação através de abordagens genéticas. Hoje, a biotecnologia nos EUA é representada por 1300 empresas com receita de US $ 19,6 bilhões, cujas vendas representam US $ 13,4 bilhões. Uma das principais aplicações foi na agricultura, onde a engenharia genética e suas disciplinas associadas trouxeram uma revolução com atividades inseticidas[9].
[1] Uzogara, S.G. The impact of genetic modification of human foods in the 21st century: a review. Biotechnology Advances, v. 18, p. 179-206, 2000.
[2] Nascimento, Rodrigo Pires do. MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL - BIOPROCESSOS. [s.l]: Elsevier, 2017. 704 p.
[3] Demain, A.L. (1990) Achievements in microbial technology. Biotechnol. Adv. 8, 291–301.
[4] Ikeda K (2002). «New seasonings». Chem Senses. 27 (9): 847–849. PMID 10736352. 
[5] Loliger J (2000). «Function and importance of Glutamate for Savory Foods». Journal of Nutrition. 130 (4s Suppl): 915s–920s. PMID 12438213 
[6] Yamaguchi S (1991). «Basic properties of umami and effects on humans». Physiology & Behavior. 49 (5): 833–841. PMID 1679557.
[7] Azevedo, R.A.; Arruda, P.; Turner, W.L.; Lea, P.J. Thebiosynthesis and metabolism of the aspartate derived amino acids in higher plants. Phytochemistry, v.46, p.395-419, 1997.
[8] FAO. Protein quality evaluation Report of Joint FAO/ WHO. Rome: FAO, 1991. (Expert Consulation FAO Food and Nutrition Paper S1).
[9] Demain, A. L. (2000). Microbial biotechnology. Trends in Biotechnology, 18(1), 26–31.