MICRORGANISMOS DE INTERESSE INDUSTRIAL

1. MICRORGANISMOS DE INTERESSE INDUSTRIAL

2. 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.

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

4. 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.

5. 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

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

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

8. 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

9. Compra em coleções de cultura • Existência de muitas coleções de cultura em vários países; • AgriculturalResearch Service CultureCollection (EUA) – NRRL CultureCollection (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.

10. 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

11. 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.

12. 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).

13. 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.

14. 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.

15. Características Desejáveis de Microrganismos

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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).

20. 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).

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

22. 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.

24. 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).

25. 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.

26. 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.);

27. Fim!