Aula 1 Micro Industrial

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Introdução a Microbiologia Industrial
Microrganismos e bioprodutos
Biotecnologia: compreende a manipulação de microrganismos, plantas e animais, objetivando a obtenção de processos e produtos de interesse.
A biotecnologia em seu sentido mais amplo compreendem a manipulação de 
microrganismos, plantas e animais, objetivando a obtenção de processos e produtos 
de interesse
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Microrganismos e bioprodutos
Áreas da Biotecnologia
	Diz respeito às aplicações industriais e ambientais
	Inclui aplicações relacionadas à saúde
	Dedica-se às aplicações agrícolas e alimentares
	Inclui aplicações com origem em organismos aquáticos
Dentro da própria biotecnologia existem áreas e praticamente em todas elas usam-se microganismos
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Microrganismos e bioprodutos
Histórico
MICRORGANIMOS
PRINCIPAIS FONTES DE MOLÉCULAS BIOLOGICAMENTE ATIVAS
MICRORGANISMOS
 As entidades bióticas mais numerosas e antigas, capazes de colonizar com sucesso cada nicho ecológico possível do planeta. 
 Suas presença e atividade são essenciais para o funcionamento e equilíbrio dos ecossistemas. 
 Os microrganismos representam uma importante fonte de recursos genéticos para o avanço biotecnológico e para o desenvolvimento econômico sustentável.
 Apesar de sua grande importância na manutenção da biosfera, estima-se que menos de 10% dos microrganismos existentes no planeta tenham sido caracterizados e descritos 
MICRORGANIMOS
NOTÁVEL DIVERSIDADE METABÓLICA E ADAPTABILIDADE GENÉTICA
 A exploração dos microrganismos pela indústria gera bilhões de dólares a cada ano;
 O valor dos microrganismos é geralmente avaliado pela potencial aplicação direta nos processos biotecnológicos ou valor de mercado dos produtos derivados; 
 No entanto, são muito menos contemplados os valores associados aos benefícios ambientais e sociais decorrentes do tratamento de resíduos industriais e poluição ambiental. 
O sucesso dos processos biotecnológicos está diretamente relacionado com a diversidade dos microrganismos e das moléculas que eles produzem como resultado do metabolismo primário e secundário, bem como com a conservação dos recursos genéticos que eles fornecem. 
O aumento da diversidade de compostos químicos para os diferentes setores industriais está associado com a exploração da diversidade microbiana e são muitos os benefícios científicos esperados como resultado desta exploração. 
MICRORGANIMOS
microrganismos e Bioprodutos
A maioria dos bioprodutos são fonte do metabolismo dos microrganismos;
Metabolismo primário;
Metabolismo secundário;
Substância produto do metabolismo vital da célula
Substâncias não vitais para a sobrevivência da célula
Os microrganismos utilizam uma fonte orgânica e produzem metabólitos primários como o etanol, que são formados durante a fase de crescimento exponencial, ao mesmo tempo em que as novas células são produzidas, e a curva de produção do metabólito segue a curva de crescimento celular quase que paralelo, como mostra o gráfico esquerdo da figura 1. Outros produtos como a penicilina e polissacarídeos são considerados metabólitos secundários, sendo produzidos durante a fase estacionária. 
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Microrganismos e bioprodutos
Metabolismo Primário x Metabolismo Secundário
Metabólitoprimário: é aquele que é produzido durante a fase de crescimento exponencial do microrganismo. Um exemplo típico deste tipo de metabólitoé a produção de álcool. O etanol é um produto do metabolismo anaeróbico de leveduras e algumas bactérias e é formado como parte do metabolismo energético. Uma vez que o crescimento só pode ocorrer se houver produção de energia, a produção de etanolestá associada ao crescimento. Outros exemplos: aminoácidos, nucleotídeos, ácidos orgânicos e enzimas.
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 Inventário atual da biodiversidade mundial – muito incompleto (vírus, microorganismos e invertebrados)
1,7 milhões de espécies vivas no planeta
5.000 espécies identificadas de procariotos
Representam apenas 1 a 10% de todas as espécies de bactérias
Temos pequena ideia da nossa real diversidade microbiana
 Solo talvez seja habitat mais explorado para isolamento de microrganismos
 Fontes naturais diversas oferecem ambientes ricos para exploração – água doce, matéria orgânica, sedimentos, folhas, frutos... 
1% da população bacteriana do solo pode ser cultivada através das práticas comuns de laboratório
Grande diversidade fenotípica e genética das comunidades do solo – uma das mais difíceis de estudar
Análise da diversidade de um ambiente:
Estudos dependentes de cultura
Estudos independentes de cultura
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MICRORGANISMOS
 ALTA TAXA DE “REDESCOBERTA” DE PRODUTOS NATURAIS
 Limitações inerentes às técnicas de plaqueamento e cultivo de microrganismos tem gerado alta taxa de reisolamento 
 Os meios de cultura são seletivos em maior ou menor extensão para os diversos grupos de microrganismos e, na maioria das vezes, incapazes de reproduzir as condições encontradas no ambiente. 
 Microrganismos que vivem sob a forma de consórcios, onde uma espécie depende de produtos do metabolismo de outras espécies para sua sobrevivência e multiplicação; de microrganismos simbiontes, os quais vivem no interior de outros organismos e de microrganismos extremófilos
METAGENOMA
 Compreende os genomas da microbiota total encontrada em uma comunidade. O metagenoma contêm muito mais informação genética do que aquela verificada na diversidade microbiana cultivada.
 Metodologias moleculares desenvolvidas nas últimas décadas foram otimizadas e adaptadas para superar as limitações impostas pela abordagem clássica de estudo de populações microbianas, evitando o isolamento e cultivo dos microrganismos
 Estes métodos envolvem a lise de células microbianas na matriz do solo (por exemplo), a extração dos ácidos nucléicos a partir desta matriz e a análise de seqüências-alvo nas amostras mistas de DNA de organismos diversos (metagenoma), utilizando para isso sondas ou primers grupo-específicos.
TÉCNICAS MOLECULARES
AVANÇOS NA DETECÇÃO E CARACTERIZAÇÃO TAXONÔMICA DOS MICRORGANISMOS EM AMBIENTES NATURAIS
 Métodos independentes de cultura
 Extração direta dos ácidos nucléicos das amostras do ambiente – métodos moleculares
 Amplificação do DNA extraído por PCR e análise da diversidade das moléculas amplificadas: “fingerprinting”
 Produtos podem ser clonados e sequenciados: identificar e enumerar as espécies de bactérias presentes
% muito maior de microrganismos, que não é cultivada em laboratório
TÉCNICAS MOLECULARES
PCR – REAÇÃO DE POLIMERIZAÇÃO EM CADEIA
TÉCNICAS MOLECULARES
PCR – REAÇÃO DE POLIMERIZAÇÃO EM CADEIA
EXPLORAÇÃO DO POTENCIAL METABÓLICO
BIBLIOTECA DE DNA METAGENÔMICO
 Construção de bibliotecas metagenômicas envolve as mesmas etapas que a construção de bibliotecas genômicas de microrganismos individuais. Estas são: 
Fragmentação do DNA extraído do solo por enzimas de restrição ou quebra mecânica, 
Inserção dos fragmentos de DNA em um sistema de vetor adequado e, 
Transformação do vetor recombinante em um hospedeiro apropriado.
EXPLORAÇÃO DO POTENCIAL METABÓLICO
TRIAGEM
EXPLORAÇÃO DO POTENCIAL METABÓLICO
VETORES DO TIPO BAC (BACTERIAL ARTIFICIAL CHROMOSOME
 Principais ramos que atualmente trabalham com metagenômica: 
 Indústrias de enzimas;
 bactérias e fungos produtores de amilases, lipases, proteases;
 Indústria farmacêutica
 fungos e bactérias produtores de antibióticos com amplo espectro (não-cultivados);
 Agricultura;
 bactérias com ação inseticida;
 Indústria Química
 produção de aminoácidos, detergentes, bioconservadores, biocatalizadores relacionados com a recuperação de danos ambientais
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PRINCIPAIS BIOPRODUTOS MICROBIANOS UTILIZADOS NA INDÚSTRIA
	Metabólito Primário	Importância comercialEtanol	Bebidas , combustíveis
	Acido cítrico	Industria de alimentos
	Ácido glutâmico	Aumenta sabor e aroma de alimentos
	Lisina	Suplemento alimentar
	Nucleotídeos	Aumenta sabor e aroma de alimentos
	Fenilanina	Precursor do aspartame
	Polissacarídeos	Aplicação na indústria de alimentos
	vitaminas	Suplemento alimentar