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!