Enzimas - Biotecnologia

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Enzimas: a chave da biotecnologia 
 Centro Universitário UniBH Biotecnologia 
	
	Enzimas: a chave da biotecnologia
Resumo:  A tecnologia enzimática vem sendo utilizada por oferecer vantagens no estabelecimento de um processo tecnolo-gicamente limpo. Enzimas hidrolíticas estão entre os principais alvos da pesquisa biotecnológica pelo grande po-tencial de aplicação no setor industrial. Com o objetivo de selecionar e caracterizar microrganismos amilolíticos, pectinolíticos e xilanolíticos utilizaram-se solos e resíduos agroindustriais como fonte para o isolamento. Este trabalho levantou e estudou os processo de catalogação e divulgação de enzimas para uso industrial, alimentício. Esse estudo nos leva a percepção de quão complexo e importe é essa banco de enzimas para desenvolvimento biotecnológico, assim como avanços econômicos na cadeia de produção, assim como benefícios e utilizações conscientes dos insumos disponíveis.
Abstract: enzymatic technology has been used for offering advantages in the establishment of a technolo-gically clean process. hydrolytic enzymes are among the main targets of biotechnological research for the great application point in the industrial sector. with the purpose of selecting and characterizing amylolytic, pectinolytic and xylanolytic micro-organisms, agro-industrial soils and waste was used as a source for insulation. This work raised and studyed the process of cataloging and dissemination of enzymes for industrial, food use. this study leads to us the perception of how complex and important this enzymes bank is for biotechnological development, as well as economic advances in the production chain, as well as benefits and conscious uses of available inputs.
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	Introdução
Os microrganismos são os principais produtores de enzimas, como amilases, lipases e proteases. Existem reações químicas que só são possíveis na presença de enzimas, pois são catalisadores biológicos, que participam da decomposição de macromoléculas de gorduras, amidos e proteínas, por exemplo.
A utilização de enzimas nas indústrias é indispensável, pois através dela pode-se melhorar a qualidade de um produto ou tornar mais fácil a obtenção do mesmo. Essa capacidade deve-se ao fato de que as enzimas atuam sobre as substancias que compõem um determinado produto, sendo que, para cada substância, existem enzimas específicas que a degradam. 
O Brasil, importa a maior parte das enzimas que utiliza, embora tenha grande potencial para produzi-las, visto a grande diversidade biológica e matéria orgânica presente no país, no entanto pouco explorada. Contudo, já existe na Embrapa e em universidades brasileiras o know how de produção, preservação, recuperação e purificação de enzimas, embora muitas vezes em escala de laboratório.
Há uma grande variedade de aplicação das enzimas na indústria, como por exemplo, nos setores alimentícios, têxtil, papel, farmacêutico. Isso deve as características de ser um produto natural, com alto grau de especificidade nas reações, que resulta na eficiência do processo, e o processo pode ser controlado.
Há um tempo, um grupo de pesquisadores da EMBRAPA, dedica-se a identificar, catalogar e preservar microrganismos produtores de enzimas de interesse industrial. Dezenas de linhagens foram isoladas de diversos biomas e testadas quanto à sua habilidade de expressão de metabólitos de interesse agroindustrial, sendo que algumas já foram melhoradas geneticamente através de técnicas tradicionais de mutação.
	Métodos de preservação
O laboratório dispõe de dois métodos de preservação das amostras, em solo e água que utiliza do método de Castellani para preparo e armazenamento das amostras. As amostras de solo são preservadas em ultrafreezer a -80ºC e amostras em água estéril, são conservadas em refrigerador a 4ºC. Conta também com um back-up (cópia de segurança) de todos os microrganismos do laboratório, preservados em solo a -20ºC, este procedimento é realizado desde o início da coleção na década de 1980. As amostras recebidas não são manipuladas, apenas guardadas. A coleção fica responsável pela manutenção dos equipamentos utilizados na preservação.
		Preparação Solo
O solo (arenoso) deve ser peneirado, aproveitando-se a fração mais fina; o solo peneirado deve ser colocado em estufa a 100º C, por 24 horas, distribuído em tubos (3 tubos/linhagem) com tampa de rosca e esterilizado em autoclave por 1 hora, repetindo-se esta operação por 5 dias. 
		Preservação de fungos filamentosos em solo
A manutenção dos fungos é realizada conservando os conídios em solo, como suporte, que é o seu habitat natural. Este método mantém o fungo estabilizado, com todas as suas características, por um longo período de tempo (MARTIN, 1964).
Dois tubos são armazenados em freezer a -20ºC e dois tubos em ultrafreezer a -80ºC. Antes de armazenar os dois tubos em -80ºC, é preciso deixar esses dois tubos por 4h em freezer a -20ºC. Dessa forma, esses microrganismos podem ser preservados por cinco anos, repetindo-se este processo ao final deste período. Após cinco anos, deve-se reativar os conídios armazenados em solos transferindo-os para uma gelose inclinada de meio de triagem, tendo o cuidado de repetir três vezes a passagem dos conídios para tubo.
		Preservação Método de Castellani
Consiste em preparar as placas de Petri contendo o meio de cultivo (gelose) específico para enzima produzida pelo fungo que será preservado. Preparar criotubo com água destilada estéril. Com alça de platina estriar o fungo em placa de Petri e incubar em BOD a 32ºC por cinco dias. Após esse período, em capela de fluxo laminar, deve-se cortar o meio contendo o fungo em círculos de 5 mm e colocar em criotubo contendo água estéril. Rotular o tubo com etiqueta contendo o nome do fungo e a data do repique. Armazenar em refrigerador a 4ºC, por um ano, repetindo este processo ao final deste período.
	A coleção
A Coleção de Microrganismos de Interesse da Indústria de Alimentos e Agroenergia (CMIIAA), mantida naquela Unidade de pesquisa, abrange 230 microrganismos e cresce a cada ano. Agroenergia é responsável pela manutenção de linhagens utilizadas na produção de diversas enzimas de interesse comercial, entre elas, celulases, xilanases, pectinases, amilases, lipases, proteases, fitases, feruloil esterase tanto por fermentação em estado sólido quanto por fermentação submersa. O laboratório se tornou Fiel depositária do Patrimônio Genético junto ao Conselho de Gestão do Patrimônio Genético (CGEN), para atender o objetivo de enriquecimento do acervo e recebimento de depósito de microrganismos de outras unidades. São aceitos para depósito apenas material que tiver autorização de coleta e acesso pelo IBAMA/CGEN. As amostras devem está preservadas em solo, ou em água pelo método Castellani e devidamente identificada. A amostra recebe então um número de identificação para ser catalogada e rastreada na coleção.
	Produção de enzimas
Como citado nesse artigo, os microrganismos são os principais responsáveis na produção de enzimas. O processo de produção microbiana de uma enzima de interesse industrial, consiste na identificação e aquisição do microrganismo, que pode ser uma linhagem selvagem ou modificada por genética clássica ou por técnicas de biologia molecular. A aplicação de enzimas é uma alternativa aos processos químicos convencionais por se tratar de uma tecnologia mais limpa, que consome pouca energia e gera mínimo impacto ambiental. A manutenção e a preservação da linhagem selecionada são etapas de extrema importância para assegurar a sua viabilidade e prevenir mudanças genéticas que levem à redução ou perda de propriedades fenotípicas. O microrganismo a ser utilizado na produção de enzimas deve ser, preferencialmente, seguro sob o ponto de vista biológico (status GRAS – generally recognized as safe), apresentar elevada capacidade de síntese e excreção da enzima, suportar condições ambientais adversas relacionadas com a pressão osmótica,a temperatura e a força iônica do meio, e ser tolerante à presença de substâncias tóxicas, que podem ser geradas no processo de tratamento da matéria-prima ou pelo próprio metabolismo celular.
		Tipos de enzimas
Algumas enzimas estão sempre disponíveis e são designadas constitutivas, enquanto outras, designadas indutivas, são sintetizadas em resposta às condições ambientais. Adicionalmente, as enzimas microbianas podem ser intracelulares, periplásmicas ou extracelulares. As enzimas extracelulares são normalmente mais estáveis e produzidas em maiores quantidades e têm a função principal de degradar macromoléculas presentes no ambiente para que seus componentes possam ser absorvidos como nutrientes.
		Meio de cultivo
As características do meio de cultivo são de fundamental importância, não apenas para o crescimento celular como também para o rendimento em produto, uma vez que as células são capazes de responder aos estímulos químicos e físicos do meio externo através de mecanismos bioquímicos que regulam a expressão gênica e a fisiologia do microrganismo e, por extensão, seu desempenho na produção das enzimas. Por não possuírem custos adicionais, a utilização de resíduos como, sabugo de milho, palha de arroz e farelo de trigo, são utilizados para produção de enzimas pelos microrganismos.
		Processo de produção
Os processos mais usuais são os submersos aerados, desenvolvidos em biorreatores de agitação mecânica, pois permitem um maior controle de pH, temperatura, consumo de oxigênio de formação de dióxido de carbono. No entanto o cultivo em estado sólido também é utilizado, principalmente nos países orientais, apresentam melhor desempenho em produção de enzimas por fungos filamentosos. Na produção em estado sólido a produção ocorre na superfície dos substratos na ausência de água livre. Os substratos tradicionalmente utilizados são produtos agrícolas, como arroz, trigo, cevada, milho e soja, além de substratos não convencionais, como os resíduos agroindustriais e florestais. Pode ser utilizada sem agitação mecânica, com agitação ocasional ou contínua, ou ainda em colunas recheadas com circulação de líquidos.
	Conclusão
Há microrganismos nos mais diversos habitats e, com o avanço científico, quase todos já estão mapeados e catalogados. Por isso, vários cientistas vão  à  lugares longínquos, como a Antártida e outros, à procura de novas linhagens. Uma nova espécie descoberta pode representar um grande avanço para a ciência, pois há uma expectativa muito grande na prospecção de novas substâncias produzidas pelo metabolismo microbiano e, consequentemente, de novas aplicações industriais. Os processos enzimáticos representam ainda uma fronteira de conhecimento pouco explorada pela indústria. A expectativa é que as enzimas exerçam, em um futuro próximo, um papel fundamental e transformador na indústria alimentícia, especialmente em processos de produção de margarinas, óleos comestíveis e produtos lácteos com características nutricionais e funcionais desejáveis. As enzimas já são aplicadas nos processos de panificação para melhorar a textura da massa e intensificar o aroma dos produtos; na produção de leite sem lactose; na maturação dos queijos para modificação do seu aroma e textura; e no processamento de carnes e peixes, para desengordurar ossos usados na produção de gelatina. Mas ainda há muito que se estudar e caracterizar, para aumentar a produção e uso nas indústrias brasileiras.
	Referências
https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/8504625/enzimas-a-chave-da-biotecnologia, acessado em 09/05/2020
CASTELLANI, A. Maintenance and cultivation of the common pathogenic fungi of man in sterile distilled water. Further researches. Journal of Tropical Medicine and Hygiene, v. 70, p. 181-184, 1967.
Catálogo da Coleção de Microrganismos de Interesse da Indústria de Alimentos e Agroenergia. 2013
Anexo 1 – Fotos de culturas Coleção EMBRAPA
 Fotos: Catálogo da Coleção de Microrganismos de Interesse da Indústria de Alimentos e Agroenergia 
Enzimas – Biotecnologia – UniBH – Belo Horizonte, 2020.
Disponível em: www.unibh.br/revistas/exacta/
Enzimas – Biotecnologia – UniBH – Belo Horizonte, 2020/
Enzimas – Biotecnologia - UniBH – Belo Horizonte, 2020
Disponível em: www.unibh.br/revistas/exacta/