Biotecnologia_microbiana

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Biotecnologia Microbiana
METABOLISMO
Conjunto de reações químicas em um microrganismo
Reações químicas de degradação 
(catabolismo) de substâncias
Reações químicas de síntese 
(anabolismo) de substâncias
Degradação de compostos orgânicos 
em moléculas menores. 
RESPIRAÇÃO e FERMENTAÇÃO 
Síntese de compostos orgânicos
Açúcares, aminoácidos, 
nucleotídeos e ácidos nucléicos 
Tecnologia das fermentações
• A fabricação industrial de produtos microbianos normalmente 
envolve fermentações. A fermentação industrial é um cultivo em larga 
escala de microrganismos para produzir substâncias de valor 
comercial.
• Recipientes para fermentação industrial são denominados 
biorreatores, sendo projetados com atenção especial para a aeração e 
controle de pH e temperatura.
• Existem muitos tipos de equipamentos diferentes, mas os mais 
amplamente utilizados são os biorreatores de agitação contínua.
• Os biorreatores são, por vezes, muito grandes, podendo armazenar 
cerca de 500 mil litros.
Fermentadores mais utilizados com
microrganismos são aqueles que contam 
com aeração e agitação mecânica.
Sem aeração forçada
Agitação é suficiente para suprir o 
oxigênio necessário ao processo.
É o caso dos processos que não 
necessitam de anaerobiose estrita como a 
produção de etanol por Saccharomyces 
cerevisiae, ou de processos aeróbicos.
Com aeração forçada
O ar deve ser estéril, sem umidade. Utiliza-se 
ar comprimido. 
Processos anaeróbicos devem sofrer aeração 
com nitrogênio ou monóxido de carbono até 
a saturação do ar e a eliminação do oxigênio. 
BIORREATORES OU FERMENTADORES
Biorreatores para fermentações industrias
Fonte: Tortora et al. Microbiologia
BIORREATORES
Fonte: https://www.gea.com/pt/products/distillation-
fermentation/bioreactors/index.jsp
Sistemas de produção
CONTÍNUO
✓ O substrato é adicionado continuamente de 
modo que sua concentração fique constante. 
✓ Ao mesmo tempo, retira-se o mosto 
fermentado de modo que o volume total 
permaneça constante. 
✓ A velocidade do crescimento e de consumo 
do substrato são constantes e vão depender 
da concentração do “substrato limitante”.
✓ Elimina-se quase totalmente o tempo 
improdutivo. 
✓ Produção de cerveja, fermento de padaria a 
partir do melaço.
DESCONTÍNUO:
✓ Fermentador carregado com a matéria-prima 
e o inóculo correspondente;
✓ Fermentação prossegue até o esgotamento 
dos nutrientes.
✓ Concluído o processo e extraído o produto, o
fermentador é esvaziado, limpo e esterilizado
antes de receber outra carga.
✓ Processo bastante utilizado na indústria 
farmacêutica.
Representação de um processo fermentativo genérico. 
Fonte: https://goo.gl/g71XZ.
https://goo.gl/g71XZm
Metabólitos
• Os microrganismos na fermentação industrial produzem tanto 
metabólitos primários, como o etanol, quanto metabólitos 
secundários como as penicilinas.
• Os metabólitos primários são formados ao mesmo tempo que as 
novas células. 
• Os metabólitos secundários não são produzidos até que o 
microrganismo tenha concluído praticamente toda a sua fase de 
crescimento logarítmico e tenha entrado na fase estacionária do ciclo 
de crescimento.
Metabólitos Primários e Secundários
Metabólitos Primários: Produzidos 
durante a fase exponencial de 
crescimento do microrganismo
Metabólitos Secundários: Sintetizados 
na fase estacionária de crescimento do 
microrganismo
LINHAGENS INDUSTRIAIS
Fermentador economicamente viável:
• Microrganismo que se reproduzir rapidamente
• Sintetizar grande quantidade do produto a partir 
de uma matéria-prima barata (soro de leite, 
melaço de cana, amido de milho).
• Não devem ser patogênicas, não produzir toxinas.
✓ O melhoramento das linhagens industriais tende
a ser feito pela engenharia genética.
✓ Organismos geneticamente modificados podem
não só introduzir melhoras no processo, mas
também sintetizar produtos novos. 
Entendendo “linhagem”
• A melhoria de linhagens também é uma atividade em 
desenvolvimento na microbiologia industrial.
• Uma linhagem microbiana difere fisiologicamente de maneira 
significativa.
Exemplo:
Uma linhagem tem uma enzima que realiza algumas funções adicionais 
ou não tem essa habilidade, mas essa não é uma diferença suficiente 
para mudar sua identidade como espécie.
Fermentações anaeróbias
✓A viabilidade econômica de um produto industrial 
produzido por fermentação anaeróbia é 
determinada pelo preço do produto, o preço do 
substrato e o custo de recuperação do produto a 
partir a cultura.
✓Os substratos mais comuns para fermentações 
industriais são:
❖O melaço negro que é o líquido residual escuro 
que sobra depois que o açúcar é recuperado da 
cana ou xarope de beterraba.
❖O soro de leite é um subproduto da indústria de 
laticínios. Por exemplo na produção de 2 kg de 
queijo cerca de 4 litros de soro são gerados.
Fermentador anaeróbio
Queijos
• Os queijos cheddar e suíço são 
maturados pelo crescimento 
anaeróbio de bactérias do ácido 
lácticas em seu interior. Ocorre a 
fermentação do ácido lático.
• No queijo suíço uma espécie de 
Propionibacterium produz dióxido de 
carbono que forma os buracos no 
queijo.
Queijos cheddar
Queijo suíço
Queijos
• Queijo azul e Roquefort são 
maturados por fungos 
Penicillium inoculados no queijo.
• A textura do queijo é macia o 
bastante para que uma 
quantidade adequada de 
oxigênio possa atingir os fungos 
aeróbios.
• O crescimento dos fungos 
Penicillium é visível na forma de 
manchas azul-esverdeadas no 
queijo. 
Queijo azul
Queijo Roquefort
Penicillium roquefortii
Iogurte
• Laticínio ligeiramente ácido, é feito de leite do qual 
pelo menos um quarto de água é evaporado em uma 
panela a vácuo.
• O leite espesso resultante é inoculado com uma cultura 
mista de Streptococcus thermophilus principalmente 
para a produção de ácido, e Lactobacillus delbruekii 
subespécie bulgaricus, para contribuir com sabor e 
aroma.
• A temperatura de fermentação é de cerca de 45°C por 
várias horas, durante esse tempo S. thermophilus 
cresce excessivamente e supera a população de 
Lactobacillus delbruekii subespécie bulgaricus.
• A manutenção de um equilíbrio adequado entre os 
microrganismos produtores de sabor e de ácido é o 
segredo da fabricação de iogurte.
Lactobacillus delbruekii subespécie 
bulgaricus
Streptococcus thermophilus
Iogurte
As bactérias utilizam a lactose como fonte de 
carbono e de energia através de um processo de 
fermentação láctica. 
Esta transformação resulta na produção de ácido 
láctico, responsável pelo caráter ácido deste 
alimento.
No início da fermentação, o valor de pH do leite 
favorece o desenvolvimento de Streptococcus 
thermophilus e, com o aumento do teor de ácido 
láctico Lactobacillus delbruekii subespécie 
bulgaricus.
Kefir e Kumiss
• Bebidas à base de leite fermentado 
populares na Europa Oriental.
• É uma fermentação alcoólica 
combinada com ácido lático.
• As bactérias produtoras de ácido 
lático utilizadas, Streptococcus 
lactis e Lactobacillus bulgaricus, 
normalmente são suplementadas 
com leveduras fermentadoras da 
lactose, para dar a essas bebidas 
um teor alcoólico de 1 a 2%.
Kefir
Kumiss
CERVEJA
“Para nenhum povo da antigüidade, por mais que consumissem a 
cerveja, ela foi tão significativa e importante como para os egípcios. 
Entre eles, além de ter uma função litúrgica determinada no banquete 
oferecido aos mortos ilustres, a cerveja era a bebida nacional [...]. 
ilustres, a cerveja era a bebida nacional [...]. As mulheres que 
fabricavam a cerveja tornavam-se sacerdotisas, tal era a importância 
dessa bebida digna de ser oferecida como libação aos deuses.” (VIDA 
biblioteca. Como fazer cerveja. 3.ed. São Paulo: Três, 1985. p. 51-52.) 
Ainda que a cerveja seja fabricada há milhares de anos, a essência de 
sua produção continua a mesma: fermentação de cereais. 
Cerveja
• As cervejas são produzidas a partir da 
fermentação do amido de cereais por 
leveduras.
• A cerveja é fermentada lentamente pelas 
linhagens de leveduras quepermanecem no 
fundo dos tanques (leveduras de fundo).
• A cerveja Ale tem uma fermentação 
relativamente rápida, a uma temperatura 
elevada, com linhagens de leveduras que 
normalmente formam grupos que flutuam 
até o topo devido ao CO2 (leveduras de 
topo).
• Como as leveduras não são capazes de fermentar o amido 
diretamente , o amidos dos grãos deve ser convertido em glicose e 
maltose, que podem ser fermentadas pelas leveduras em etanol e 
dióxido de carbono.
• Nessa conversão, chamada de maltagem, os grãos contendo amido, 
como a maltagem da cevada, são colocados para germinar e então 
são secos e moídos.
• Este produto, denominado malte, tem enzimas degradadoras de 
amido (amilases) que convertem o amido de cereais em carboidratos, 
que podem ser fermentados pelas leveduras.
Bebidas alcoólicas 
Destiladas
• Nas bebidas como 
uísque, vodca e rum os 
carboidratos obtidos a 
partir dos grãos de 
cereais, batatas e melado 
são fermentados até 
álcool.
• O álcool então é destilado 
para a produção de 
bebidas alcoólicas 
concentradas.
Saquê
• O saquê, vinho de arroz 
japonês, é feito a partir 
do arroz sem a maltagem, 
um vez que o fungo 
Aspergillus é inicialmente 
utilizado para converter o 
amido do arroz em 
açúcares (pela produção 
de amilase) que podem 
ser fermentados pela 
leveduras para produzir 
álcool.
Vinhos
• 1º passo: Escolha das castas
As 10 uvas mais plantadas hoje no mundo são: Cabernet Sauvignon, Merlot, 
Airen, Tempranillo, Chardonnay, Syrah, Garnacha tinta, Sauvignon Blanc, 
Trebbiano Toscano, Pinot Noir.
• 2º passo: colheita (vindima) e desengace dos cachos
Muitos produtores ainda fazem a colheita da forma tradicional, ou seja, 
manualmente; principalmente na elaboração de vinhos de alta gama, que 
demandam um cuidado maior com os frutos. Mas a partir dos anos de 1960, o 
uso de máquinas na colheita de grandes áreas plantadas tem sido frequente. 
Esse método diminui os custos, mas pode comprometer o estado das uvas.
Após a colheita, os frutos são selecionados e separados das hastes: é o 
desengace.
http://blog.vinumday.com.br/como-e-feito-o-vinho/
3º Passo: esmagamento e primeira fermentação (alcoólica)
São usadas prensas especiais que possuem regulagens de pressão durante o 
esmagamento. Esse processo rompe com as peles (cascas) e libera o conteúdo das 
bagas, formando o mosto de uvas. Ao contrário dos vinhos tintos, onde as cascas 
permanecem durante a próxima etapa, nos brancos elas são separadas.
Feito isso, o mosto (uvas esmagadas) vai para os tanques onde ocorre a 
fermentação alcoólica através das leveduras presentes nas uvas. Essas são 
chamadas de leveduras nativas ou indígenas. São elas que processam os açúcares 
(fermentação) produzindo o álcool do vinho. 
Atualmente na maioria das regiões do mundo, o inóculo natural é praticamente 
eliminado através do tratamento do mosto com bissulfito.
Após esse processo adiciona-se uma cultura pura de uma cepa de levedura de 
vinho confiável .
• 4º Passo: estabilização a frio e calor
Caso haja o aparecimento de cristais, devido ao ácido tartárico, é feita 
então uma estabilização a frio. O vinho é resfriado em temperaturas 
abaixo de zero grau, o que estabiliza a ação dos microrganismos e 
torna-o mais límpido. 
5º Passo: vinho de prensa
Após a fermentação alcoólica, a parte sólida do mosto é separada e 
passa por uma prensa. O líquido derivado da prensagem (vinho de 
prensa) é de qualidade inferior ao que ficou nos tanques de 
fermentação. 
• 6º Passo: fermentação malolática e maturação
As bactérias ácido-lácticas são importantes quando o vinho é feito de uvas 
que são especialmente ácidas devido a altas concentrações de ácido málico.
Essas bactérias convertem o ácido málico em ácido láctico mais fraco em um 
processo chamado fermentação malolática, também chamada de segunda 
fermentação. Essas bactérias láticas adicionadas tem como objetivo principal 
suavizar os taninos. 
Os vinhos então, são acondicionados em barris de carvalho, inox ou cimento, 
para que ocorra a maturação. Vale observar que estamos falando de 
processos básicos, pois cada estilo de vinho pode passar por alguns 
microprocessos específicos, ou por um tempo diferente em cada etapa.
• 7º Passo: testes de laboratório
Os testes são feitos nos laboratórios, na maioria das vezes dentro das 
próprias vinícolas. São medidos os níveis de açúcar (Brix), o pH (acidez 
e alcalinidade), açúcar residual, dióxido de enxofre, acidez volátil e 
porcentagem de álcool. São analisados vários lotes diferentes, e a partir 
dos resultados o enólogo decide como será a mistura para o vinho final.
Fonte: http://blog.vinumday.com.br/como-e-feito-o-vinho/
• 8º Passo: mistura e colagem
Após os testes anteriores, alguns lotes podem ser misturados com o 
objetivo de equilibrar ou trazer preponderância para alguma 
característica do vinho. 
• 9º Passo: conservantes sulfitos
A adição do dióxido de enxofre (SO2) no vinho ocorre na forma de ácido 
sulfuroso, não de gás, que é prejudicial a saúde, tem como função a 
conservação do vinho. Elimina as bactérias e leveduras indesejáveis.
• 10º Passo: filtração
Nem todos os vinhos passam por filtração. Esse processo pode ocorrer 
quando se pretende uma clarificação, que é a remoção de resíduos. 
São usados filtros com membranas muito pequenas (menores que um 
milésimo de milímetro) que barram as partículas, inclusive bactérias. A 
filtração do vinho também ajuda na estabilização microbiana, fazendo 
com que ele tenha níveis mínimos de ações dos microrganismos.
• 11º Passo: engarrafamento
A etapa final é o engarrafamento. Através das máquinas envasadoras, 
as garrafas são enchidas, fechadas com rolhas, e os rótulos são colados. 
Elas seguem para a adega até a distribuição comercial.
Fonte: http://blog.vinumday.com.br/como-e-
feito-o-vinho/
ETAPAS BÁSICAS DA FABRICAÇÃO DO VINHO
Fonte: http://blog.vinumday.com.br/como-e-feito-o-vinho/
Vinagre
✓O vinagre é uma solução de ácido acético feita em 
um processo de duas etapas:
✓Primeiro as leveduras fermentam o açúcar em um 
suco de frutas, geralmente maça (vinagre de cidra) 
ou uva (vinagre de vinho), em etanol. A levedura 
usada geralmente é Saccharomyces cerevisiae.
✓Em seguida a Acetobacter spp., bactéria aeróbia 
obrigatória, oxida o etanol não completamente 
em ácido acético e água, em vez de oxidar 
completamente em CO2 e água, como a maioria 
dos microrganismos faria.
Acetobacter aceti.
Fonte: https://naturalhistory.fandom.com/wiki/Acetobacter_aceti
Microrganismos como 
produtos industriais
✓Os microrganismos por si mesmos podem 
constituir um produto industrial.
✓A levedura do pão (Saccharomyces cerevisiae) é 
produzida em grandes tanques de fermentação 
aereados. 
✓Ao final da fermentação, o conteúdo dos tanques 
é de cerca de 4% de massa de leveduras.
✓As células são coletadas por centrifugação 
contínua e são prensadas.
✓São comercializadas para a preparação de bolos e 
massas caseiras.
Fermento biológico.
Fonte: https://fermais.com.br/o-que-e-fermento-biologico/
Microrganismos como 
produtos industriais
✓As bactérias simbióticas fixadoras de nitrogênio 
são outros microrganismos importantes 
comercializados.
✓Os inoculantes são comercializados para várias 
culturas como feijão, soja, milho e trigo.
Anualmente, mais de 7 bilhões de dólares em fertilizantes 
nitrogenados são economizados com o uso de inoculantes 
contendo o microrganismo Bradyrhizobium japonicum.
Fonte: https://agropos.com.br/inoculante-soja/
Microrganismos como 
produtos industriais
✓No controle biológico de fitopatógenos com 
fungos benéficos destaca-se o 
gênero Trichoderma. 
✓A espécie Trichoderma harzianum é a mais 
comercializada mundialmente. 
✓No Brasil, até dezembro de 2019 cerca de 70% dos 
bioprodutos registrados contendo esse agente 
microbiológico pertenciam a essa espécie, sendo 
comercializados para o controle dos seguintes 
fitopatógenos: Sclerotinia sclerotiorum (mofo-
branco), Rhizoctonia solani (podridão 
radicular),Fusarium 
solani (fusariose), Thielaviopsis 
paradoxa (podridão abacaxi ou podridão negra) e 
para o controle do nematóide Pratylenchus zeae.
Gênero Trichoderma
Fonte: https://www.promip.agr.br/entendendo-os-
bioprodutos-parte-02/
Microrganismos como 
produtos industriais
✓Dentre as bactérias utilizadas como agentes biológicos 
destacam-se aquelas do gênero Bacillus. Apresentam 
ocorrência bastante generalizada e ampla, sendo 
encontradas em diversas regiões em todo o mundo. 
São encontradas no solo, parte aérea de plantas, região 
das raízes, grãos armazenados, insetos mortos, dentre 
outros.
✓ São bactérias do tipo Gram-positivas e aeróbicas, 
podendo facultativamente crescer em anaerobiose. 
Certas espécies do gênero Bacillus produzem 
endósporos (Bacillus thuringiensis, Bacillus larvae, e 
Bacillus popilliae) são patógenos de insetos. 
✓Esse conjunto é responsável por mais de 90% dos 
bioprodutos à base de microrganismos comercializados 
em todo o mundo.
Microrganismos como 
produtos industriais
✓A bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) é um dos 
principais agentes microbiológicos comercializados 
no Brasil e em diversos países. 
✓A sua atividade inseticida está relacionada com a 
presença de inclusões proteicas cristalinas 
conhecidas como delta endotoxinas, as quais são 
produzidas no momento da esporulação. Essas 
toxinas são inofensivas para os seres humanos, 
demais vertebrados e meio ambiente.
✓Atualmente as mais utilizadas são as toxinas Cry, 
as quais apresentam um amplo espectro de ação, 
sendo efetivas para diversas ordens de insetos.
Inseticida microbiológico. Bacillus thuringiensis var. 
kurstaki HD-1
Fonte:http://biovalens.com.br/produto/bt-turbo-max/
Microrganismos como 
produtos industriais
✓Bacillus thuringiensis formam cristais de proteínas, 
chamadas corpos parasporais, concomitante à 
formação de endósporo.
✓Quando um inseto suscetível come a proteína, ela 
é clivada no estômago do inseto em um 
fragmento de proteína altamente destrutivo, que 
ulcera a parede intestinal e mata o inseto.
✓Por mais de 30 anos B. thuringiensis foi usado para 
produzir um bioinseticida chamado Bt.
✓O Bt é pulverizado sobre a folha das plantas para 
controlar lagartas e outros insetos. Uma hora 
depois de consumir os endósporos, as lagartas 
param de se alimentar e morrem vários dias mais 
tarde.
Bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) 
Fonte:http://biovalens.com.br/produto/bt-turbo-max/
De doenças de plantas a xampus 
e molhos para saladas
• Xanthomonas campestris é um bacilo 
Gram-negativo que causa uma doença 
chamada podridão negra na raiz das 
plantas. Depois de acessar os tecidos 
vasculares das plantas, a bactérias usa a 
glicose transportada nos tecidos para 
produzir uma substância pegajosa, 
semelhante a uma goma.
• Essa substância se acumula para formar 
massa gomosas, as quais, eventualmente 
boqueiam o transporte de nutrientes 
para as plantas. A goma que forma essas 
massas, a xantana, é composta de um 
polímero de manose de alto peso 
molecular.
Podridão negra no repolho
Fonte: 
http://archive.bio.ed.ac.uk/jdeacon/microbes/xantha
n.htm
• As xantanas não tem efeito adversos 
quando consumidas por seres humanos, 
sendo utilizada como espessante em 
laticínios, molhos para saladas, 
cosméticos, xampus, pastas de dentes, 
sorvete, pudim, geléias, etc
• O norte-americano consome em média 
13 kg de queijo anualmente e cada 2 kg 
de queijo produz cerca de 4 litros do 
líquido do subproduto, o soro de leite.
• Esse subproduto é utilizado é utilizado 
por X. campestris para a produção de 
xantana.
Figura- A bactéria Xanthomonas campestris pv. campestris. a: X. 
campestris pv. Campestris causou podridão negra em um campo de 
repolho. b: lesão em folha de repolho. c: Duas plantas de repolho 
infestadas ao lado de um controle saudável. d: Imagem de 
microscopia eletrônica de X. campestris pv. campestris, com um 
flagelo polar. e: X. campestris pv. campestris crescendo no meio 
Kings. f: X. campestris pv. campestris crescendo em meio de 
carbonato de cálcio dextrose de levedura. De Vicente e Holub, 
2013, número de licença: 3983650320184 
Fonte: T. Steffens. Engineering and characterization of Xanthomonas
campestris pv. campestris towards an enhanced production of the
exopolysaccharide xanthan Published in 2017.
https://www.semanticscholar.org/paper/Engineering-and-characterization-of-Xanthomonas-pv.-Steffens/a4101f121b4581c75cc79eb21cfbdf2c0e914817
https://www.semanticscholar.org/paper/Engineering-and-characterization-of-Xanthomonas-pv.-Steffens/a4101f121b4581c75cc79eb21cfbdf2c0e914817
https://www.semanticscholar.org/paper/Engineering-and-characterization-of-Xanthomonas-pv.-Steffens/a4101f121b4581c75cc79eb21cfbdf2c0e914817
• Figura-Aspecto da goma xantana precipitada, logo após a adição de álcool (a), 
após 24 horas de repouso (b) e o biopolímero separado do sobrenadante (c).
Fonte: Pereira e Ferraz. Revista da Universidade Vale do Rio Verde, Três Corações, v. 14, n. 2, p. 756-776, 2016.
ENZIMAS
✓Os microrganismos são uma fonte rica de enzimas 
com muitas utilizações comercias.
✓A demanda por enzimas é alta, uma vez que elas 
são específicas e não geram produtos residuais 
caros ou tóxicos.
✓Além disso, diferentemente dos processos 
químicos tradicionais que requerem calor ou 
ácido, as enzimas atuam sob condições 
moderadas e seguras e biodegradáveis.
✓As mais baratas são as extracelulares, geralmente 
amilases, proteases e celulases.
✓As mais caras são as enzimas intracelulares, que 
requerem um grau de pureza maior por serem 
muitas delas utilizadas como fármacos ou em 
testes diagnóstico. 
Cepa de actinobactéria produtora de celulase 
isolada do Parque Nacional de Ubajara.
Fonte: Silva et al. 2020
ENZIMAS
✓As amilases são utilizadas na produção de xaropes 
de amido de milho e na produção de glicose a 
partir do amido.
✓A produção microbiológica da amilase é 
considerada a primeira patente biotecnológica 
emitida nos Estados Unidos, concedida ao 
cientista japonês Jokichi Takamini.
✓Enzimas proteolíticas (destruidoras de proteínas) 
são utilizadas em sabão em pó para remoção de 
determinadas manchas dos tecidos, como por 
exemplo manchas de sangue, através da 
dissolução de proteínas que as vinculam às fibras 
dos tecidos.
✓A maioria das enzimas comerciais é produzida 
aerobiamente.
Cepa de actinobactéria produtora de amilase 
isolada do Parque Nacional de Ubajara.
Fonte: Silva et al. 2020
Halo de hidrólise
Fonte: Santos, F. D.,2020
Solubilização de fosfato por cepa de 
actinobactérias.
Fonte: Silva, V. M., 2020
Atividade xilanolítica por cepa de actinobactérias.
Fonte: Silva, V. M., 2020
Figura: Atividade pectinolíticas da cepa de rizóbios L109 e da actinobactérias UB08 
do Parque Nacional de Ubajara. As setas indicam as zonas de hidrólise.
 Fonte: Silva, V. M., 2020
Figura: Demonstração da atividade metabólica de cepas de actinobactérias e 
rizóbios do Parque Nacional de Ubajara em diferentes temperaturas. 
Fonte: Silva, V. M., 2020
Figura 6: Demonstração da atividade metabólica de cepas de actinobactérias e 
rizóbios do Parque Nacional de Ubajara em diferentes concentrações de NaCl. 
Fonte: Silva, V. M., 2020
Figura: Demonstração da atividade metabólica de cepas de actinobactérias e 
rizóbios do Parque Nacional de Ubajara em diferentes pHs. 
Fonte: Silva, V. M., 2020
Atividade celulolítica de fungos isolados do solo do 
manguezal da Reserva Ecológica de Sapiranga
A presença de zonas claras ao redor das culturas 
indica a atividade de celulase, além da magnitude 
desta (Figura 1). Os diâmetros das colônias e dos 
halos de hidrólise produzidos são medidos com régua 
milimetrada. O índice enzimático é calculado da 
seguinte forma:
I. E. = diâmetro do halo de hidrólise
 diâmetro do halo de crescimento
Algumas enzimas produzidas por microrganismos
Enzima Atividade Microrganismo produtor Utilização
Celulase Hidrolisa celulose Trichoderma Konigi Digestão/Digerir
ColagenaseHidrolisa colágeno Clostridium histolyticum Promove a cicatrização de 
feridas/queimaduras
Diastase Hidrolisa amido Aspergillus oryzae Digestão/Digerir
Glicose isomerase Converte glicose em frutose Streptomyces 
phaeochromogenes
Converte glicose a partir de 
milho hidrolisado
Invertase Hidrolisa sacarose Saccharomyces cerevisae Fabricação de doces
Lipase Hidrolisa lipídeos Rhizopus spp. Digestão/Digerir
Pectinase Hidrolisa pectina Scletorina libertina Clarifica suco de frutas
Protease Hidrolisa proteína Bacillus subtillis Usado em detergentes
ENZIMAS
✓O passo decisivo para a expansão da Reação em 
Cadeia (PCR) da Polimerase foi a descoberta da 
enzima Taq polimerase, extraída da bactéria Thermus 
aquaticus. Esse organismo vive em fontes termais e 
muitas de suas enzimas são termoestáveis.
✓Essa característica especial tornou-a adequada para 
utilização em metodologias como a PCR que envolve 
etapas de aquecimento a temperaturas de mais de 
90°C.
✓As enzimas de restrição (endonucleases) são 
produzidas por bactérias para se defender de vírus. 
✓São as ferramentas básicas da engenharia genética, 
desempenhando função de clivagem (corte) da 
molécula de DNA em pontos específicos, em 
reconhecimento a determinadas sequências de 
nucleotídeos.
Aminoácidos
✓Os aminoácidos tornaram-se um grande produto 
industrial dos microrganismos.
✓Vários aminoácidos são obtidos por fermentação 
aeróbia para uso na indústria alimentícia.
✓Alguns são usados para melhorar ou modificar o 
sabor de um alimento, outros para realçar o valor 
nutricional.
✓Corynebacterium glutamicum, bactéria produtora 
do aminoácido ácido L-glutâmico
✓Mais de 1 milhão de toneladas de ácido glutâmico, 
utilizados na fabricação de realçador de sabor 
glutamato monossódico são produzidos a cada 
ano.
✓Dois aminoácidos sintetizados por 
microrganismos, a fenilalanina e o ácido aspártico, 
tornaram-se importantes como ingredientes do 
adoçante aspartame.
Corynebacterium glutamicum
Fonte: M. Wachi & M. Nishimura 
Corynebacterium glutamicum ATCC 13032T 
Corynebacterium glutamicum
Fonte: https://bacdive.dsmz.de/strain/3092
https://www.atcc.org/Products/All/13032.aspx
Utilizações de aminoácidos produzidos comercialmente
Aminoácido Utilização 
Alanina Adicionado ao suco de fruta para melhorar o sabor.
Aspartato Adicionado ao suco de fruta para melhorar o sabor.
Cisteína Adicionado ao pão e ao suco de fruta para realçar o sabor.
Glutamato Adicionado a muitos alimentos para realçar o sabor.
Glicina Realça o sabor em diversos alimentos.
Histidina + triptofano Evita o ranço em diversos alimentos.
Lisina Usado no Japão para fazer o pão com mais proteínas.
Metionina Gera produtos derivados da soja com mais proteínas.
Fonte: Ajinomoto, 2007
Ácido cítrico
✓O ácido cítrico tem uma grande variedade de usos, 
além de dar acidez e sabor aos alimentos
✓É um antioxidante e é usado para ajustar o pH em 
muitos alimentos, sendo frequentemente utilizado 
em laticínios como emulsificador.
✓Mais de 1,6 milhão de toneladas de ácido cítrico 
são produzidos a cada ano em todo mundo.
✓Grande parte é produzida pelo fungo Aspergillus 
niger, com a utilização de melado como substrato.
✓Na cosmética como regulador de pH e na indústria 
farmacêutica como ingredientes em tabletes 
efervescentes.
Aspergillus niger 
Fonte: Kateryna Kon/Shutterstock. https://www.news-
medical.net/life-sciences/What-is-Aspergillus-niger-
Aspergillus niger 
Fonte: https://bacdive.dsmz.de/strain/3092
Vitaminas
✓Os microrganismos podem fornecer uma fonte de 
baixo custo de algumas vitaminas.
✓A vitamina B12 é produzida por espécies de 
Pseudomonas e Propionibacterium.
✓A riboflavina (B2) é produzida por fermentação, 
principalmente por fungos, como Ashbya gossypii.
✓A vitamina C (ácido ascórbico) é produzida em 
uma taxa de 60 mil toneladas por ano, por 
espécies de Acetobacter.
Cepas de Pseudomonas denitrificans. 
Fonte: Rajvi Enterprise.
Ashbya gossypii, produtor de vitamina B2. 
Fonte: Keyon College.
https://www.rajvienterprise.co.in/pseudomonas-denitrificans-3326226.html
https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Ashbya_gossypii
Produtos farmacêuticos
✓Os esteróides são um importante grupo de substâncias 
químicas que incluem a cortisona, que é utilizada como 
fármaco anti-inflamatório, e os estrogênios e 
progesteronas, que são utilizados como contraceptivos 
orais.
✓Recuperar esteróides de fontes animais ou sintetizá-los 
quimicamente é difícil, mas os microrganismos podem 
sintetizá-lo a partir de esteróides ou compostos 
relacionados.
Fonte: Tortora, Funke e Case. Microbiologia
Produtos farmacêuticos
✓A microbiologia farmacêutica moderna foi desenvolvida 
depois da Segunda Guerra Mundial, com a introdução da 
produção de antibióticos.
✓Muitos antibióticos são produzidos por fermentações 
microbianas.
✓Cerca de 6 mil antibióticos já foram catalogados.
✓A actinobactéria Streptomyces hygroscopius, tem 
linhagens diferentes que produzem quase 200 
antibióticos diferentes.
Actinobactéria Streptomyces hygroscopius 
Fonte: https://bacdive.dsmz.de/strain/15311.
Antibióticos
✓A descoberta de antibióticos começou com o 
microbiologista escocês Alexander Fleming em 1929.
✓O sucesso da penicilina, juntamente com as limitações, 
estimulou a busca de novos antibióticos nos anos que 
seguiram à Segunda Guerra Mundial.
✓Nos anos 1950, Albert Schatz e Selman Waksman, 
descobriram a estreptomicina.
✓A estreptomicina era eficiente no tratamento da 
tuberculose e de algumas bactérias Gram-negativas que a 
penicilina não tinha ação. 
✓Diversos antibióticos de amplo espectro, eficientes no 
tratamento de uma grande variedade de doenças 
causadas por bactérias foram descobertos através da 
pesquisas realizadas por empresas farmacêuticas.
Alexander Fleming
Fonte:http://www.bitesizehistory.net/2780-2/
Antibiótico Microrganismo produtor Alvo
Produzido por fungos
Cefalosporina Cephalosporium acremonium Amplo espectro
Penicilina Penicillium chrysogenum Bactérias Gram-positivas
Produzido por bactérias Gram-positivas, 
formadoras de endósporos
Bacitracina Bacillus subtilis Bactérias Gram-positivas
Polimixina B Bacillus polymyxa Bactérias Gram-negativas
Produzido por bactérias Gram-positivas, 
actinobactérias
Cloranfenicol Streptomyces venezuelae Amplo espectro
Cicloheximida Streptomyces griseus Leveduras patogênicas
Eritromicina Streptomyces erythreus Bactérias Gram-positivas
Kanamicina Streptomyces kanomyceticus Bactérias Gram-positivas
Nistatina Streptomyces noursei Fungos
Estreptomicina Streptomyces griseus Bactérias Gram-negativas
Tetraciclina Streptomyces rimosus Amplo espectro
Biocombustíveis
✓O Brasil produz uma quantidade de etanol a partir da 
cana-de-açúcar, cerca de um terço do combustível para 
transporte.
✓Em alguns países há preocupação na produção de etanol 
a partir do milho, pois cria pressões sobre o suprimento e 
nos preços de um gênero alimentício de valor comercial.
Biocombustíveis
Biocombustíveis de segunda geração
Nesta geração de combustíveis, leveduras ou 
bactérias com sistemas digestivos especiais 
conseguem quebrar amidos complexos 
encontrados em gramíneas, arbustos e 
árvores para transformá-los em 
biocombustíveis.
Solventes orgânicos
✓A acetona e o butanol são comercialmente úteis como 
solventes orgânicos.
✓São produtos de fermentação anaeróbia de várias 
espécies de Clostridium.
✓O processo tem sucesso somente se outros 
microrganismos puderem ser excluídos do meio. Para 
tanto foi necessário desenvolver uma tecnologia de 
cultura pura em massa.
Clostridium acetobutylicum
Fonte: https://www.sbi.uni -
rostock.de/research/projects/detail/29
	Slide 1: Biotecnologia Microbiana
	Slide 2: METABOLISMO 
	Slide 3: Tecnologia das fermentações
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6: BIORREATORES
	Slide 7: Sistemas de produção
	Slide 8
	Slide 9: Metabólitos
	Slide 10: Metabólitos Primários e Secundários
	Slide 11: LINHAGENS INDUSTRIAIS
	Slide 12: Entendendo “linhagem”
	Slide 13: Fermentaçõesanaeróbias
	Slide 14: Queijos
	Slide 15: Queijos
	Slide 16: Iogurte
	Slide 17: Iogurte
	Slide 18: Kefir e Kumiss
	Slide 19: CERVEJA
	Slide 20: Cerveja
	Slide 21
	Slide 22: Bebidas alcoólicas Destiladas
	Slide 23: Saquê
	Slide 24: Vinhos
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31: ETAPAS BÁSICAS DA FABRICAÇÃO DO VINHO
	Slide 32: Vinagre
	Slide 33
	Slide 34: Microrganismos como produtos industriais
	Slide 35: Microrganismos como produtos industriais
	Slide 36: Anualmente, mais de 7 bilhões de dólares em fertilizantes nitrogenados são economizados com o uso de inoculantes contendo o microrganismo Bradyrhizobium japonicum. 
	Slide 37: Microrganismos como produtos industriais
	Slide 38: Microrganismos como produtos industriais
	Slide 39: Microrganismos como produtos industriais
	Slide 40: Microrganismos como produtos industriais
	Slide 41: De doenças de plantas a xampus e molhos para saladas
	Slide 42
	Slide 43
	Slide 44: ENZIMAS
	Slide 45: ENZIMAS
	Slide 46
	Slide 47
	Slide 48
	Slide 49
	Slide 50
	Slide 51
	Slide 52: Atividade celulolítica de fungos isolados do solo do manguezal da Reserva Ecológica de Sapiranga
	Slide 53: Algumas enzimas produzidas por microrganismos
	Slide 54: ENZIMAS
	Slide 55: Aminoácidos
	Slide 56: Utilizações de aminoácidos produzidos comercialmente
	Slide 57
	Slide 58: Ácido cítrico
	Slide 59: Vitaminas
	Slide 60: Produtos farmacêuticos
	Slide 61: Produtos farmacêuticos
	Slide 62: Antibióticos
	Slide 63
	Slide 64: Biocombustíveis
	Slide 65
	Slide 66: Solventes orgânicos
	Slide 67