Aula 2 - Princípios em Tecnologia de Fermentações: Organismos

Aula 2 - Princípios em Tecnologia de Fermentações: Organismos

Objetivo Geral:

Apresentar os diferentes tipos de organismos utilizados em bioprocessos, suas características e apresentar algumas aplicações.

Objetivos específicos:

1- apresentar a estrutura e características de bactérias, leveduras, células de inseto, mamífera, fungos filamentosos, cianobactérias e microalgas

2- comparar a composição e metabolismo dos diferentes organismos

3- comparar a estrutura dos diferentes organismos e implicações nos bioprocessos

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Exercícios Bônus

Quais produtos/processos, que utilizam microrganismos não foram exemplificados nessa aula?

Preparar uma lista e entregar no prazo de uma semana.

Análise dos resultados

Planilha

Lista de produtos/processos citados

Alimentos: Vit B12, Picles, Champignon, Vinho, Azeitona, Manteiga, Alimentos Transgênico, Pães, Iorgute, Carnes Fermentadas, Cacau, Soja fermentada, Leveduras comestíveis, Café, Aromas, Gomas, Queijos, Tofu, Goma Dextrana, Sorbitol,

Farmacêutico: Botox, Vacinas, Ciclosporina, Diagnósticos,

Ácidos Organicos e Álcoois: Ácido Butirico, Ácido Acético, Glicerol, Butanol, Isopropanol, acido propionico, Ácido cítrico, Ácidos Organicos,

Química Fina: Aminoácidos, Heterocíclicos,

Bioprocessos: Tratamento de Água, Biopestícidas, Biolixiviação , Silagem

Outros: Enzima, Hormonio Crescimento Vegetal

Introdução a Organismos empregados

A utilização de microorganismos em bioprocessos vem desde a antiguidade até os dias de hoje, porem atualmente este conceito é mais abrangente, pois os processos fermentativos têm uma grande importância em vários setores de interesse para a sociedade, seja na indústria química, farmacêutica e na agricultura, bem como na indústria de alimentos para a produção de queijo, iogurte, manteiga, produtos de panificação, picles, carnes fermentadas, vinagres, enzimas, dentre outros.

Principais disciplinas relacionadas a biotecnologia.

Atualmente temos desde a produção de biopolimeros atraves de organismos como a Sphingomonas capsulat que é uma bacteria gram negativa que sintetiza  goma dextrana, xantana e gelana, a qual, por sua vez são muito utilizadas em medicamentos e produtos alimenticios.

Esses microrganismos podem crescer em matrizes complexas, como a Sphingomonas capsulata pode ser mantido em refrigeração, e cultivado em um meio de cultura YM (Yeast Malt) que contém, extrato de levedura, malte, peptona, glucose e ágar ou seja é um meio líquido que contem muita fonte de carbono e sais minerais.(BERWANGER et al., 2007)

Já pensando na industria quimica temos como exemplo a produção de polihidroxibutirato (PHB) atraves da Burkholderia saccharina, que é um bacilo gram negativo, essas especie bacteriana se alimenta do açucar da cana e é seu metabolismo que faz a transformação desse açucar em polímeros (MENDES,2014)

Na industria farmaceutica temos a biotecnologia que ocupa uma posição cada vez mais importante na produção de farmacos, na forma de  biofarmacos, que são medicamentos produzidos por técnicas biotecnológicas, onde  através do uso da técnica de DNA recombinante permite a geração de medicamentos produzidos em organismos vivos,  que têm como princípio ativo uma proteína, que é muito similar às proteínas humanas, sendo elas utilizadas para reposição destas no paciente. Um bom exemplo é a produção de insulina, que antigamente era extraída de bovinos, mas atualmente sua produção é realizada por via recombinante de produção de biofarmacos, onde a sequência da insulina humana é inserida dentro de uma bactéria para sua produção. (MELO, 2016)

Atualmente temos biofármacos complexos, como o  RITUXIMAB que é um anticorpo monoclonal quimérico humano-murino recombinante expresso em células de Ovário do Hamster Chinês (CHO), muito utilizado para o tratamento de artrite e câncer. (FUNED, 2016)

Tipos de microorganismos

Dentre os principais microrganismos empregados industrialmente podemos destacar:

Microrganismos	Produto
Pseudomonas savastanoi	Ácido glucônico
Lactobacilos homofermentativos.	Ácido lático
Clostridium acetobutylicum	Solvestes
Propionibacterium freundenreichii, P. shermanii, Bacilus megaterium, Streptomyces olivaceus.	Vitamina B12
Corynebacterium ammoniagenes.	Vitamina B2
Corynebacterium sp, Erwinia sp (recombinante)	Vitamina C
Bacilus thuringiensis	Bioinseticidas
Sacharomyces sp	Produção de alcool
Penicillium sp	Antibióticos como a penicilina
Acremonium chrysogenum	Antibióticos cefalosporinas

Tabela 1. Principais produtos produzidos por microrganismos

Definição

Descrever as classes de microrganismos empregados e correlacionar com sua aplicação industrial.

Leveduras em fermentação alcoolica. São organismos de crescimento rápido, com capacidade de utilizar moléculas de açúcar para a fermentação alcoolica. É interessante possuirem tolerância a etanol para não serem inibidas por sua formação.

Bacterias tem sido muito exploradas industrialmente pois elas apresentam capacidade diversificada, elevada eficiência na conversão do substrato em produto permitindo a rápida liberação do produto para o meio

Virus como bacteriofagos, pois a cultura de vírus é muito utilizada para testar drogas antivirais e para a produção de vacinas é um importante empreendimento industrial.

Celula de mamiferos, tem grande importancia na produção de estruturas especificas como anticorpos, tambem é de grande importancia na produção de vacinas virais, citocinas, bioinseticidas como o baculovirus, enzimas, hormonios de cadeia longa e células para testes toxicológicos. Sua principal vantagem esta no fato destas celulas serem capazes de realizar modificações pos-traducionais (glicosilação, hidroxilação, carboxilação, etc) bem como auxiliar no enovelamento de proteínas, gerando uma proteína com caracteristicas semelhantes as proteinas presentes em humanos (SCHEPER et al,. 2006)

Pesquisar, identificar e descrever brevemente aplicações envolvendo a microrganismos na atualidade.

O uso de bioprodutos constitui hoje uma alternativa cada vez mais viável, onde o cenario da industria de bioprodutos cresce cada vez mais.

Atualmente já está sendo utilizado os derivados da Artemisia annua, como um anti-malárico, superior as quinolonas no tratamento da malária, sua ação é rápida, e sua grande vantagem é ser praticamente desprovida de efeitos colaterais.

Temos tambem a produção de biofarmácos com DNA recombinante, como por exemplo em E.coli, é um meio de cultivo simples e de baixo custo. Sendo assim as proteínas recombinantes de interesse terapêutico vêm ganhando cada vez mais espaço na indústria farmacêutica

Podemos destacar tambem a produção de celulose bacteriana (CB) a partir de resíduos agroindustriais, essa sintese é realizada por bacterias como Acetobacter xylinum e Gluconacetobacter hansenii (Figura 2). (BATSTOS, 2016)

Referências

1. Vaure, C. & Liu, Y. A comparative review of toll-like receptor 4 expression and functionality in different animal species. Front. Immunol. 5, 1–15 (2014).
2. http://2013.igem.org/Team:Bielefeld-Germany
3. Reguera, G. et al. Extracellular electron transfer via microbial nanowires. Nature 435, 1098–1101 (2005).
4. Kanehisa M, Goto S (2000). "KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes". Nucleic Acids Res 28 (1): 27–30.
5. Johnson, W. Z. and M. B. Microalgae as a Feedstock for Biofuel Production. Virginia Coop. Ext. 442–886 (2009). doi:10.1016/j.nbt.2009.06.630
6. A. Rodríguez-Contreras, M Koller, M. Miranda de Sousa Dias, M. Calafell, G. Braunegg, M. S. Marqués-Calvo. “Novel Poly[(R)-3-Hydroxybutyrate]-Producing Bacterium Isolated from a Bolivian Hypersaline Lake”. Food Technology & Biotechnology 51 (1): 123-130, 2013.
7. Walsh, G. Biopharmaceutical benchmarks 2014. Nat. Biotechnol. 32, 992–1000 (2014).
8. BERWANGER, Ana Luiza da Silva et al. PRODUÇÃO DE BIOPOLÍMERO SINTETIZADO POR Produção de biopolímero sintetizado por Sphingomonas capsulata Sphingomonas capsulata ... 177 A PARTIR DE MEIOS INDUSTRIAIS. Ciência e Agrotecnologia,Lavras, v. 31, n. 1, p.177-183, fev. 2007. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/cagro/v31n1/v31n1a26.pdf>. Acesso em: 11 maio 2016.
9. MENDES, Marcelo. Bactéria transforma açúcar em plástico biodegradável. 2014. Disponível em: <http://www9.unaerp.br/age/reportagens/11-bacteria-transforma-acucar-em-plastico-biodegradavel>. Acesso em: 18 maio 2016.
10. MOLINO, João Vitor Dutra. Apresentação da disciplina e da area de tecnologia de fermentacao. Santo Andre: Aula Expositiva, 2016. 34 slides, color.
11. BATSTOS, Aline. Bactérias produzem biomaterial nanotecnológico. Disponível em: <https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/2329512/bacterias-produzem-biomaterial-nanotecnologico>. Acesso em: 25 maio 2016.
12. MELO, Carlos Alberto. Biofármacos no Brasi. Disponível em: <http://www.abifina.org.br/revista_facto_materia.php?id=384>. Acesso em: 25 maio 2016.
13. FUNED, Fundação Ezequiel Dias. PROJETO DE PARCERIA PARA DESENVOLVIMENTO PRODUTIVO DE RITUXIMABE, INDICAÇÃO ARTRITE E CÂNCER. Disponível em: <http://www.funed.mg.gov.br/wp-content/uploads/2014/04/projeto_rituximabe_rev01.pdf>. Acesso em: 25 maio 2016