microrganismos de interesse industrial. - muitos produtos químicos, alimentos e fármacos devem sua...
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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.
Matérias-primasMeio de cultura
selecionado
Esterilização
Ar
CompressorEsterilização
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
PROCESSO FERMENTATIVO GENÉRICO
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
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.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 nigerAspergillus wentii
Ácido cítrico
Lactobacillus delbrueckiiLactobacillus bulgaricus
Ácido lático, bebidas lácticas
Aspergillus wentiiAspergillus nigerAspergillus 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!