MICRORGANISMOS DE INTERESSE INDUSTRIAL

Muitos produtos químicos, alimentos e fármacos devem sua produção e suas características às atividades dos microrganismos; Produtos como queijos maturados, iogurtes, vinagre, cerveja, cachaça, ácido cítrico, ácido lático, vitaminas e antibióticos são obtidos por processos usando microrganismos.

PROCESSO FERMENTATIVO genérico Matérias-primas Meio de cultura selecionado Esterilização Ar Compressor Esterilização do ar Separação das células Caldo fermentado Recuperação do produto Produto Tratamento de efluentes Biorreator industrial Microrganismo selecionado Preparo do inóculo Preparo do inóculo: etapa industrial

O sucesso de um processos fermentativo depende da correta definição de quatro pontos básicos: Microrganismo Meio de cultivo Forma de condução do processo Recuperação do produto Como estão interligados se define o conjunto levando em consideração aspectos econômicos e biológicos.

Fonte de microrganismos de interesse industrial: Isolamento a partir de recursos naturais Comprar de coleção de culturas Obtenção de mutantes naturais Obtenção de mutantes induzidos Obtenção de microrganismos recombinantes por técnicas de engenharia genética

Isolamento a partir de recursos naturais Necessita do isolamento de cultura pura; Muito trabalho experimental; Custo elevado; Descoberta de novos produtos.

Isolamento a partir de recursos naturais Método de esgotamento – mais utilizado

Exemplo: isolamento de E Exemplo: isolamento de E.coli, a partir de uma amostra de água de esgoto: Inicialmente uma alçada da água de esgoto é semeado em estrias na superfície de uma placa contendo ágar Mac Conkey (peptona 20, lactose 10, cloreto de sódio 5, taurocolato de sódio 5, vermelho neutro 0,03, ágar 15) Incubar por 18-24 horas a 37°C Depois de 24 horas, as células de E. coli dão origem a colônia redondas, vermelhas, com 2-3 mm de diâmetro Escolher algumas destas colônias para exames mais detalhados

Compra em coleções de cultura Existência de muitas coleções de cultura em vários países; Agricultural Research Service Culture Collection (EUA) – NRRL Culture Collection (http:/nrrl.ncaur.usda.gov) Coleção de culturas tropical (http´:/www.cct.org.br); Produção de um dado antibiótico não estará disponível na coleção de cultura.

Compra em coleções de cultura CCM-IPT Coleção de Culturas de Microrganismos do IPT www.ipt.br Banco de Culturas – UCP Coleção de Culturas de Fungos do Instituto Oswaldo Cruz Coleção de Culturas do Instituto Adolfo Lutz Coleção de Culturas DPUA

Obtenção de mutantes naturais Surgimento de mutantes naturais na proliferação de células; Não são interessantes no que tange ao processo fermentativo, mas podem gerar linhagens de interesse; Sua obtenção pode demandar muito tempo.

Obtenção de mutantes induzidos Exposição de suspensões de células ou esporos a radiações ultravioleta ou a substâncias químicas mutagênicas; Penicillium chrysogenum – obtenção de penicilina – década de 40 ( 100 unidades / cm3) década de 70 (51.000 unidades / cm3).

Obtenção de microrganismos recombinantes Obtenção de microrganismos recombinantes por técnicas de engenharia genética: Introdução de fragmentos de DNA de certas células em outras - Plasmídeos Identificação de genes que codificam a síntese das enzimas – inserção desses genes em plasmídeos e voltá-los a célula produtora.

Obtenção de microrganismos recombinantes produção de substâncias por células que naturalmente não as produzem; codificação para a síntese de glicoamilase de Aspergillus em células de Saccharomyces cerevisiae.

Características Desejáveis de Microrganismos

Características Desejáveis de Microrganismos Apresentar elevada eficiência na conversão do substrato em produto. matérias-primas incidem significativamente nos custos de produção – 38 a 73% do custo total (fonte orgânica de carbono). Permitir o acúmulo do produto no meio Sem sofrer inibição pelo acúmulo – custos de recuperação; Fermentação alcoólica – inibição da levedura em torno de 8 a 10 % (em volume) de etanol.

Características Desejáveis de Microrganismos Não produzir substâncias incompatíveis com o produto. Produção de glicoamilase – alguns microrganismos também produzem a transglicosidase. Produção de proteínas, ou enzimas, usar linhagem produtora de proteases extracelulares. O ideal é produzir um mínimo de outras substâncias.

Características Desejáveis de Microrganismos Apresentar constância quanto ao comportamento fisiológico conhecimento de suas técnicas de conservação; manutenção da sua produção durante todas as etapas do processo fermentativo; Células que privilegiem o crescimento em detrimento do acúmulo de produto – não ideais.

Características Desejáveis de Microrganismos Não ser patogênico manipulação sem riscos ambientais, principalmente no término do processo fermentativo; cultivos de patogênicos exigem cuidados adicionais (câmaras assépticas).

Características Desejáveis de Microrganismos Não exigir condições de processo muito complexas economia de produção. apresentem uma faixa de valores ótimos para produção do produto e não valores pontuais. bom desempenho em pequenas concentrações de oxigênio dissolvido. Microrganismos que excretem proteínas – formação de espuma (aumento nos custos de produção – antiespumante).

Características Desejáveis de Microrganismos Não exigir meios de cultura dispendiosos economia do processo produtivo. estudo e conhecimento das necessidades nutricionais de um determinado microrganismo.

Características Desejáveis de Microrganismos Permitir a rápida liberação do produto para o meio sem inibição pela retenção do produto. separação do microrganismo (centrifugação ou filtração). As condições de cultivo podem interferir na excreção de um determinado produto – ex: pH na excreção de glicoamilase.

MICRORGANISMO PRODUTO Saccharomyces cerevisiae Cerveja, vinho, saquê, etanol, cachaça Aspergillus niger Aspergillus wentii Ácido cítrico Lactobacillus delbrueckii Lactobacillus bulgaricus Ácido lático, bebidas lácticas Aspergillus aureus Pectinases Acetobacter sp. Vinagre Penicillium chrysogenum Penicilina G Xanthomonas campestris Goma Xantana

Características Desejáveis de Meios de Cultura Ser o mais barato possível. desde que atenda as necessidades do microrganismo. Atender às necessidades nutricionais do microrganismo. permitir a síntese do produto. Auxiliar no controle do processo. utilizar componentes que auxiliem no controle de pH (uréia).

Características Desejáveis de Meios de Cultura Não provocar problemas na recuperação do produto fonte de carbono (glicose, sacarose, frutose, polissacarídeos, amido); fonte de nitrogênio (NH4)2SO4, fonte de fósforo e ainda outros elementos (Na, K, Fe...); meios de composição definida ou sintéticos; os meios sintéticos são estáveis e evitam problemas quanto a recuperação dos produtos, mas nem sempre são compatíveis com a síntese desejada.

Características Desejáveis de Meios de Cultura Ter composição razoavelmente fixa e permitir algum tempo de armazenagem, a fim de estarem disponíveis o tempo todo: extratos de levedura, carne e peptona de soja – composição variável ao longo do tempo de armazenamento, lote, fabricante. matérias-primas naturais – cana-de-açúcar, melaços, farinhas, têm composição química desconhecida e variável (variedade, solo, safra, clima, etc.);

Fim!