Bioinseticidas: Alternativa para o Controle de Pragas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE SAÚDE
CURSO DE FARMÁCIA
DISCIPLINA: ENZIMOLOGIA E TÉCNICA DAS FERMENTAÇÕES 
DOCENTE: SANDRA ASSIS
GEOVANNA CAMPOS CONCEIÇÃO
IDAIANA OLIVEIRA CARNEIRO
QUÉZIA LORRAINE DOS SANTOS SAMPAIO
BIOINSETICIDAS 
Feira de Santana
2021
GEOVANNA CAMPOS CONCEIÇÃO
IDAIANA OLIVEIRA CARNEIRO
QUÉZIA LORRAINE DOS SANTOS SAMPAIO
BIOINSETICIDAS 
Trabalho apresentado à Universidade Estadual de Feira de Santana - UEFS, como critério de avaliação da disciplina de Enzimologia e técnica das fermentações, sob orientação da prof. Sandra Assis.
Feira de Santana
2021
1. INTRODUÇÃO 
A agricultura é uma das principais atividades econômicas do Brasil, o país é reconhecido como um grande exportador e pode ser responsável pela alimentação de até 10% da população global, segundo estudo da Embrapa. Entretanto uma grande produção necessita de medidas eficazes de controle de pragas, cada vez mais resistentes aos pesticidas químicos em uso corrente. Além de danos a áreas cultivadas, os insetos podem causar outros danos importantes ao ser humano devido às perdas econômicas na pecuária, também uma importante fonte de renda no país, ou ainda agindo como vetores de doenças infectocontagiosas em humanos, a exemplo de malária, dengue, febre amarela, doença de Chagas. 
Geralmente, o controle destas pragas é realizado com produtos químicos, constituídos, em sua maioria de organoclorados (como DDT, Endri, etc.) e organofosforados (monocrotofos, paration metílico, etc), cujos efeitos cumulativos levam a grandes prejuízos ambientais e à saúde humana, bem como a rápida seleção de insetos resistentes. Esses produtos químicos problemáticos são denominados de inseticidas. Sua função diversificada vem estimulando a produção de defensivos agrícolas e seu uso indiscriminado mostra-se como um problema para o agronegócio e a saúde pública. 
O uso de bioinseticidas, também denominados na literatura biopesticidas, que consistem em microrganismos vivos geneticamente modificados/selecionados ou não, surge então como uma opção para o controle de pragas e, pode contribuir para a redução de doses e aplicações de inseticidas químicos que apresentam problemas ao meio ambiente (ALMEIDA; BATISTA FILHO, 2001; ÂNGELO et al, 2010; THOMAZONI et al., 2014), tendo estes produtos demanda crescente no mercado.
2. BIOINSETICIDAS
	Bioinseticidas são microorganismos vivos, sejam eles fungos, bactérias, vírus, animais microscópicos como nematódeos, ou macroscópicos como insetos, bem como produtos naturais derivados desses organismos, utilizados como defensivos agrícolas (BETTIOL, 2011). 
De acordo com Ângelo et al. (2010) o controle por entomopatógenos, também conhecidos como bioinseticidas, é uma alternativa eficiente para a substituição dos inseticidas. Os bioinseticidas (BI) possuem alta especificidade, ausência de resistência nos insetos alvos e requerem um menor número de aplicações em comparação aos pesticidas químicos, o que, associado a sua composição natural, promove impacto ambiental nulo ou insignificante. Apesar disso, demandam estudos mais aprofundados no isolamento de novos microrganismos, testes de seleção de isolados, processos eficientes de produção e formulação do produto. 
Almeida et al. (2001) afirmam que, à época de seu estudo, os bioinseticidas participavam apenas com 1% do montante do mercado de defensivo agrícolas. Já Brar et al. (2006), apresenta um valor correspondente a cerca de 5% do mercado mundial de pesticidas, evidenciando assim que o uso destes produtos vem crescendo. 
Capalbo e colaboradores, em estudo de 2001, descrevem que no processo de produção do BI priorizava-se o desenvolvimento em meio artificial (in vitro) que garantia a produção em larga escala. De acordo com os autores, vírus, bactérias e fungos podem ser utilizados como agentes biológicos para produção dos BI, entretanto é mencionado que havia dificuldade no BI viral visto que os vírus tinham que ser produzidos em células animais viáveis, já os fungos e bactérias poderiam ser cultivados em processos fermentativos, como a fermentação submersa.
2.1 FERMENTAÇÃO SUBMERSA
	A fermentação submersa é aquela na qual o microrganismo produtor se desenvolve no interior do meio de fermentação, geralmente agitado. No caso de fermentações aeróbias, o oxigênio necessário à população em desenvolvimento é suprido, através de um compressor, por borbulhamento de ar (PEREIRA, 2007).
A fermentação submersa é o processo fermentativo mais utilizado pela indústria por se tratar de uma fermentação que não demanda muita mão-de-obra, pode ser realizada sem ocupar muito espaço, possui alta produtividade e possibilita o escalonamento com maior facilidade.
	Esse tipo de fermentação ocorre em fermentadores aerados ou em biorreatores em fase aquosa, também conhecido como STR (Stirred Tank Reactor - reatores agitados mecanicamente). Ambos equipamentos permitem o controle de algumas variáveis, como oxigenação e temperatura. É necessário que esses tipos de fermentadores sejam feitos com materiais específicos (por exemplo, aço inoxidável) para evitar que ocorra lixiviação e consequentemente a produção de ácidos no fermentado. 
	Nesse processo o crescimento de bactéria ou fungo acontece na água (ou no mosto), de maneira livre, a fim de formar um caldo, que consiste na mistura da água com o organismo em questão. Esse sistema necessita estar em constante agitação para que a oxigenação ocorra normalmente. O uso de resíduos agroindustriais (bagaço de cana, farelo de trigo, farelo de soja, resíduos de arroz, entre outros) no meio de cultura ajuda a reduzir o custo de produção, já que esses resíduos são baratos e de fácil obtenção, além de serem boas fontes de macronutrientes e oligoelementos ao crescimento dos microrganismos.
	A seguir tem-se uma representação esquemática de um fermentador submerso.
Figura 1: Fermentador de cultivo submerso (STR).
Fonte: Google Imagens
	
Durante o processo de fermentação as bactérias ou fungos estão submersos no mosto, se multiplicando e retirando energia da reação que está ocorrendo no sistema (como, por exemplo, oxidação de álcool etílico em ácido acético). Para que a reação da qual a energia está sendo retirada ocorra, é preciso que doses contínuas e propícias de oxigênio sejam administradas de modo proporcional em todos os pontos do tanque do fermentador. Estudos mostram que pequenas interrupções no fornecimento de oxigênio, principalmente nas últimas fases da fermentação, elevam o rendimento do produto final (fermentado).
3. PRODUÇÃO DOS BIOINSETICIDAS
A produção de BI é um processo relativamente simples. Os substratos a serem utilizados passam por um pré-tratamento, com o objetivo de aumentar sua pureza e disponibilidade dos nutrientes, e passam a ser meios de cultura com a adição de sais minerais; em alguns casos, vitaminas e fatores de crescimento também são acrescentados. Logo em seguida, ocorre o processo de fermentação submersa descrito anteriormente. 
Após fermentado, o caldo é submetido a processos de separação e/ou precipitação, centrifugação, ultrafiltração, entre outros, a depender do procedimento operacional utilizado e do tipo de produto a ser obtido. A biomassa resultante desses processos é então enviada para o controle de qualidade, e estando tudo de acordo com os parâmetros de segurança e características desejadas, o BI se encontra pronto para uso (DIAS, 1992). A seguir, há um fluxograma ilustrando esse processo.
Figura 2: Fluxograma ilustrando a produção de bioinseticidas.
								Fonte: Autoria própria
Segundo Capalbo et al. (2001) as condições de assepsia durante todo o procedimento devem ser observadas para evitar contaminações por outros microrganismos, todo o equipamento e meios de cultivo devem ser esterilizados em autoclave ou por vapor, de forma a manter as condições de assepsia necessárias, exigidas pelos processos biológicos.
Nesse quadro do Banco de Microrganismos Entomopatogênicos Oldemar Cardim Abreu, do Instituto Biológico de Campinas,São Paulo, são mostrados os microrganismos que podem ser utilizados para produção de BI e o número de representantes dos mesmos. 
Tabela 1: Microrganismos utilizados para a produção de BI.
O quadro mostra o potencial biológico das variedades de microrganismos que atuam como bioinseticidas, tais como bactérias, fungos, vírus e nematelmintos. Pode-se observar que os fungos apresentam o maior número de representantes, contudo as bactérias dominam o setor de produção de bioinseticidas. Segundo Fischer (2014), o Bacillus thuringiensis é responsável por mais de 90% dos bioinseticidas disponíveis no mercado internacional, mesmo tendo um custo superior ao do Baculovírus. 
Silva et al. (2012) utiliza isolados provenientes deste banco de microrganismos em seus bioensaios com o objetivo de avaliar e comparar a eficiência dos fungos S. insectorum, M. anisopliae, Isaria fumosorosea, Isaria farinosa e S. insectorum no controle de Leptopharsa heveae. Isso mostra que o referido banco citado no quadro possui importância internacional e nacional devido a qualidade dos isolados.
As bactérias formadoras de endósporos, apesar de gerarem problemas à indústria de alimentos, são importantes agentes biológicos na obtenção de bioinseticidas. Seus principais representantes pertencem em sua maioria à família Bacillaceae, incluindo cinco gêneros: Bacillus, Sporolactobacillus, Clostridium, Desulfotomaculum e Sporosarcina. Dentre os gêneros mencionados apenas Bacillus é capaz de produzir a toxina utilizada na fabricação de BI. Este gênero possui metabolismo facultativo e em termos de quantidade possui o maior número de representantes, seguido pelo Clostridium de metabolismo anaeróbio (LIU et al., 1994).
Serafini et al. (2002) caracterizam Bacillus thuringiensis (Bt) como bactéria Gram-positiva, anaeróbia facultativa, mesófila, quimio heterotrófica, com forma de bastonetes e o principal agente endopatogênico. Os autores mencionam que em condições adversas esta desenvolve um ciclo de esporulação característico de gênero Bacillus, com endósporo. 
4. DESVANTAGENS
	Apesar de serem produtos com vantagens consideráveis, existem alguns pontos negativos dentre a aplicação de bioinseticidas que devem ser levados em consideração. 
Primeiro, por conta da natureza dos biopesticidas, a ação pode ser mais lenta e menos agressiva em relação a pesticidas tradicionais, além de altamente específicos aos alvos, o que pode ser um problema caso seja necessário debelar uma infestação de forma imediata e pode encarecer o uso.
Além dos fatores citados, a introdução dessas espécies ou de subprodutos de seus processos fermentativos pode provocar a seleção de cepas mais resistentes de pragas, interferir na dinâmica local de variabilidade genética, ou ainda podem se tornar por si só novos elementos prejudiciais ao ambiente (tomando o espaço de espécies nativas, por exemplo). Um exemplo foi documentado em literatura por Tomé e colaboradores (2014), em cujo estudo foi detectada uma toxicidade não prevista do spinosad, produto fermentativo dos ascomicetos Saccharopolyspora spinosa, perante abelhas polinizadoras Melipona quadrifasciata, que não eram o alvo do produto e faziam parte do ecossistema local. 
5. CONCLUSÃO 
	Os bioinseticidas são uma importante ferramenta para lidar com os desafios impostos no campo da agricultura, da pecuária e do controle de vetores, especialmente tendo em mente as tendências do mercado, que passa a valorizar cada vez mais produtos mais seguros, com mínimo impacto ambiental e na saúde humana. Há um rico campo de pesquisa voltado para o tema e se faz necessária extensa investigação científica para avaliar as possibilidades e os limites do uso desses produtos.
	
 
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, C. P.; et. al. Dossiê técnico: biotecnologia na produção de alimentos. SBRT - Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas, Universidade de São Paulo - USP, 12 dez. 2011.
BETTIOL, W. Biopesticide Use and Research in Brazil. Outlooks on Pest Management, v. 22, n. 6, p. 280–283, 2011. Disponível em: <https://www.resear chgate.net/publication/263419654_Biopesticide_Use_and_Research_in_Brazil>. Acesso em: 22 abr. 2021.
DIAS, J. M. C. S. Produção e utilização de bioinseticidas bacterianos. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 27, p. 59-76, abr. 1992. Disponível em: <https://seer.sct .emprapa.br/index.php/pab/article/view/3821>. Acesso em: 23 abr. 2021.
JACQUES, R. J. S.; et. al. Boletim Técnico: desenvolvimento de um bioinseticida para o controle das lagartas da soja, Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, maio 2017. 
PRODUÇÃO agrícola do Brasil alimenta 10% do mundo, diz estudo da Embrapa. UOL, 04 de março de 2021. Disponível em: https://economia.uol.com.br/noticias/reu ters/2021/03/04/producao-agricola-do-brasil-alimenta-10-do-mundo-diz-estudo-da-embrapa.htm#:~:text=Segundo%20estimativa%20da%20Companhia%20Nacional,%2C4%25%20na%20comparação%20anual. Acesso em: 24 abr. 2021.
PEREIRA, C. D. A. Produção de Metabólitos Voláteis Frutais por Kluyveromyces Marxianus em Fermentação Submersa em meio à base de melaço de soja. Universidade Federal do Paraná, 2007. Disponível em: . Acesso em: 23 abr. 2021.
PEREIRA, E. L.. Processos biotecnológicos na produção de bioinseticidas. Revista da Universidade Vale do Rio Verde, Viçosa, v. 14, n. 2, p. 714-734, dez. 2016. Disponível em: <http://periodicos.unincor.br/index.php/revistaunincor/article /view/3119/pdf_569>. Acesso em: 24 abr. 2021. 
Rosas-Garcia, N. (2009). Biopesticide Production from Bacillus thuringiensis: An Environmentally Friendly Alternative. Recent Patents on Biotechnology, 3(1), 28–36. doi:10.2174/187220809787172632. Acesso em: 26 abr. 2021.
ZILIOLI, E. Composição química e propriedades funcionais no processamento de vinagres. 2011. 98 f. Tese (Doutorado) - Faculdade de Engenharia de Alimentos UNICAMP, Campinas, 2011.