quinta-feira, 30 de junho de 2011

Leveduras: Biotecnologia x Biocombustíveis - O futuro da Bioenergia


Os micro-organismos há bilhões de anos são as primeiras formas de vida a exibir características básicas de sistemas vivos, favorecendo uma diversidade enorme com propriedades espetaculares, desempenhando funções centrais através de muitos processos químicos necessários a toda a vida no Planeta Terra. A evolução dos organismos vivos encontra-se estreitamente acoplada à evolução do ambiente e juntos constituem um único processo evolutivo.
Apesar de seu tamanho diminuto, os micro-organismos representam cerca da metade de toda a biomassa da Terra, nenhum habitat natural sustenta a vida de organismos superiores sem a presença e ação microbiana.
Coletivamente os micro-organismos têm grande diversidade metabólica, sendo os principais catalisadores dos ciclos de nutrientes da natureza. Em condições ótimas, as atividades microbianas podem afetar profundamente um ecossistema, diminuindo ou aumentando as atividades de outros organismos
No sistema auto-regulador do Planeta Terra, os micro-organismos, com sua riqueza e abundância de espécies em um ecossistema, desempenham um papel fundamental através das suas atividades enzimáticas, proteínas que aceleram a velocidade de reações químicas. podendo ser consideradas usinas vivas que realizam transformações químicas, sendo frequentemente referidos como os maiores químicos da Terra.
Este enorme potencial biotecnológico pode ser sem dúvida, um enorme aliado para desenvolvimento de tecnologias limpas e renováveis bem como seu uso em processos de biorremediação.
A levedura Saccharomyces cerevisae, muito utilizada por sua capacidade de fermentação para, crescimento do pão, produção de álcool, cervejas, vinhos, cachaças, sendo um microrganismo utilizado como modelo no estudo da Bioquímica, Genética e Biologia Celular, por sua fácil manutenção em laboratório, conhecimento biológico bem desenvolvido, já que seu genoma está totalmente codificado.
Por todas essas características, a ciência realizou melhoramentos na espécie, para sua atuação na indústria dos biocombustíveis. A maioria dos microorganismos não consegue converter todos os açúcares em combustível que possa ser produzido em grande escala, com o máximo de aproveitamento e rendimento. A espécie Saccharomyces cerevisae, ao longo de 20 anos de estudo, foi manipulada geneticamente para desenvolver essa capacidade. Saccharomyces cerevisae CAT-1 adquiriu enorme capacidade para converter os açúcares Glicose, Xilose e Celobiose em álcool etílico, através do processo denominado Co-fermentação.
A Co-fermentação, consume eficientemente os dois tipos de açúcar Xilose e Celobiose de uma só vez, além da própria Glicose. Através deste processo a Celobiose e Xilose, produz o dobro da quantidade de açúcar no período de 48 horas, em comparação com as cepas não modificadas o mesmo período de tempo é levado para metabolizar os açúcares individualmente.
 Este processo foi alcançado através do Transportador de Celobiose para a levedura. A Celobiose é convertida em glicose no exterior da célula da levedura nas cepas originais de Saccharomyces cerevisae. Com o Transportador Celobiose este açucar é levado diretamente para dentro da célula. Diminui assim esta etapa de conversão. Com essa tática, consegui-se outros benefícios, que é utilizar vantagem de contornar a preferência da levedura por glicose, fazendo com que a glicose entre na levedura em forma de Celobiose, além de utilizar  os transportadores de glicose na metabolização de outro açúcar a Xilose.
Já com essas técnicas tem-se uma otimização no processo, porém sempre a ciência pode ir além. Genes de Pichia stipitis foram inseridos em S. cerevisiae por ter uma característica especial para fermentar a Xilose. Esse ajuste na produção Xilose, aumentou a velocidade e eficiência do metabolismo deste açucar na nova cepa, trazendo outro benefício que foi a duplicação de genes relacionados à síntese das vitaminas B6 e B1, cruciais para o processo de fermentação.
Como resultado a cepa de Saccharomyces cerevisae CAT-1,tornou-se mais eficiente na conversão de Xilose e Celobiose em etanol do que outras cepas, diminui os custos e aumenta a eficiência da produção do bioetanol (a eficiência média do processo de fermentação nas destilarias brasileiras hoje é de 88%. com a CAT-1, o índice pode chegar a 93-95% ).
Além de resistir às mudanças ambientais e a outros tipos de estresse através da capacidade adquirida de promover mudanças internas que a tornaram mais resistente a condições adversas. Portanto, a manipulação do genoma dessas estirpes como de outras espécies poderá permitir a criação de uma nova geração de organismos industrial, ideal para uso como veículos de entrega para as tecnologias de bioenergia no futuro e outros setores do desenvolvimento sustentável.
Estamos vivendo uma verdadeira revolução do ponto de vista tecnológico, aliada a uma jornada ao passado ancestral através do entendimento e uso de espécies que habitam o Planeta a bilhões, como por exemplo, a Saccharomyces cerevisae, para resolver o grande dilema atual da humanidade, o desenvolvimento sustentável.
 Para conseguirmos um Planeta mais equilibrado é preciso conhecer, entender e respeitar todas as formas de vida, que a fonte para solucionar muitos problemas gerados por nós, pode estar em uma espécie conhecida, totalmente desconhecida da ciência e em oportunidades perdidas para sempre com as espécies extintas, não só do universo microbiano bem como da flora e fauna geral.
O desconhecimento e desaparecimento de biodiversidade, é a perda tanto de nossas referências como espécie, como da própria história evolutiva do Planeta.
Esta pesquisa nos mostra que a solução encontra-se sempre no meio natural podendo ser aprimorado com conhecimento tecnológico.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) (2) (3) (4)

Alunos: Bruno Tavares Scalco e Michel Smeja, alunos de Biotecnologia e Bioprocessos.

Orientador: Prof. André Bellin Mariano, D.Sc.

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