Uso de microrganismos como “fábricas celulares”, no âmbito da engenharia química
Autor: Jorge Gregorcic
Por muito tempo, a insulina era extraída dos pâncreas de bois e porcos, um processo caro, laborioso e bastante ineficiente. Em 1978, cientistas utilizaram a técnica de DNA recombinante para inserir o gene da insulina humana na bactéria Escherichia coli. Esse processo possibilitou que as bactérias produzissem insulina, como pequenas fábricas.
Esse evento não apenas permitiu a produção de insulina em larga escala, mas também comprovou que era possível utilizar uma célula para fabricar substâncias que não faziam parte de seu metabolismo natural.
Entretanto, muito antes disso, a humanidade já utilizava essas pequenas fábricas a seu favor. A fermentação, por exemplo, é um processo antigo, utilizado desde a produção de pães e bebidas alcoólicas (como a cerveja, o vinho e a cachaça) até para a produção de combustíveis sustentáveis, como o etanol, a partir da cana-de-açúcar.
O que distingue o uso ancestral dos microrganismos, que depende de processos biológicos naturais e espontâneos, do uso industrial moderno é a precisão no controle de parâmetros físicos, químicos e biológicos dos microrganismos e do meio em que vivem. São monitorados e controlados minuciosamente: a demanda biológica de oxigênio dissolvido no meio; o pH do ambiente; a temperatura em que o microrganismo vive; a concentração de nutrientes no substrato; a pressão do biorreator, que pode mudar bastante, visto que esses microrganismos comumente produzem gases; quantidade de metabólitos liberados pelos microrganismos; e até mesmo a quantidade de espuma produzida é monitorada rigorosamente.
Uma das mais recentes inovações no uso dos microrganismos na engenharia química vai muito além do uso em processos fermentativos. As chamadas “fábricas celulares”, são organismos, mais comumente bactérias, leveduras e algas, geneticamente modificados para produzir compostos de alto valor agregado. A via metabólica desses microrganismos é modificada para converter matérias-primas renováveis, como açúcares e rejeitos da agricultura, em compostos de alto valor agregado. Diferentemente da síntese química tradicional, as fábricas celulares possuem a vantagem de operar em condições muito menos extremas, como pressão, pH e temperatura, gerando menos poluentes e menos resíduos.
O objetivo é assegurar que o rendimento industrial seja maximizado, tornando as rotas biotecnológicas economicamente competitivas e tecnicamente viáveis frente aos processos petroquímicos tradicionais.
Contudo, essa nova tecnologia possui obstáculos que dificultam o seu amplo uso. A acumulação de certos metabólitos pode inibir o desenvolvimento e a multiplicação dos microrganismos. Algumas vias metabólicas não são muito eficientes e requerem o uso de substâncias, por muitas vezes caras, mas necessárias para o funcionamento da atividade enzimática da célula, chamadas de cofatores. O sucesso na produção em escala laboratorial e em escala piloto nem sempre determina o sucesso em escala industrial. Além disso, o uso de organismos geneticamente modificados requer rigorosa supervisão.
Mesmo assim, o avanço da biotecnologia, aliado à engenharia química, tem permitido contornar essas limitações, garantindo maior eficácia aos processos. O que antes era restrito à produção de pães e bebidas alcoólicas, hoje se estende à síntese de bioplásticos, biocombustíveis e princípios ativos de fármacos, consolidando as fábricas celulares como promessa para o futuro da indústria.
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