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Por Maria Cristina P. P. Reis Mansur

Matéria escrita para a disciplina “Tópicos de Divulgação Cientifica” do programa de pós-graduação em Ciências (microbiologia) do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes

A cor é uma das primeiras características percebidas pela visão humana. Ela desperta nossos sentidos por meio da observação da natureza, em relação   as flores, frutas, vegetais e algas. Há atualmente uma busca por produtos oriundos de fontes naturais para adicionar cor aos alimentos, tecidos, cosméticos e medicamentos. Os microrganismos são uma excelente alternativa para a exploração comercial da produção destes pigmentos de interesse industrial.

cores pigmentos

Cores dos diferentes pigmentos carotenoides produzidos pelos micro-organismos       

Os carotenoides são pigmentos naturais responsáveis pela cor vermelha, laranja ou amarela de muitos vegetais, flores e plantas em geral. Seus efeitos benéficos à saúde despertam o interesse da comunidade cientifica no mundo inteiro. A indústria alimentícia, a farmacêutica e o setor cosmético têm investido em pesquisa sobre novas fontes e aplicações dessas importantes moléculas. Os estudos envolvendo os carotenoides também buscam soluções para processos industriais como elaboração de métodos para manter o nível adequado destas substâncias em diferentes alimentos, de modo que não sejam perdidas as suas propriedades durante o processamento e a estocagem.

Existem cerca de 900 tipos diferentes de carotenoides de origem natural. Eles contam com mais de 40 carbonos em sua fórmula estrutural dispostos numa série de ligações duplas conjugadas. Estão divididos em duas classes: os carotenos que possuem apenas átomos de carbono e hidrogênio, e os oxocarotenoides ou xantofilas que além de carbono e hidrogênio, possuem pelo menos um átomo de oxigênio.

Os carotenoides tem grande aplicação em cosméticos, e uma delas é a proteção contra processos foto-oxidativos. Atuam como antioxidantes eficazes na captação de oxigênio singlete e de radicais peroxilas. Há evidências crescentes em estudos com humanos demonstrando que os carotenoides protegem a pele contra os danos causados pelo excesso de exposição à radiação solar.

Por estarem presentes numa série de alimentos os carotenoides são capazes de captar radicais livres em desequilíbrio em nosso organismo e atuarem diretamente em alterações danosas à pele humana, degeneração macular, câncer, mutações, envelhecimento precoce, catarata e arteriosclerose.

            Os carotenoides são sintetizados somente por plantas, algas, fungos tipo leveduras e procariotos (bactérias e arqueas). A atividade biológica dos carotenoides encontra-se associada à sua estrutura. São comuns em bactérias isoladas de ambientes mais expostos à radiação solar como, por exemplo, no deserto do Saara e na Antártica e desempenham potencial ação fotoprotetora[MG1] .

A produção biotecnológica de carotenoides apresenta grande relevância devido à possibilidade de utilização de substratos de baixo custo para a sua produção, a utilização de pequeno espaço para a produção e controle das condições de cultivo. Não há interferência de condições ambientais como clima, estação do ano ou a composição do solo. Muitos micro-organismos produzem carotenoides, porém nem todos têm aplicações industriais. Além disso, devido à preocupação com o uso de aditivos químicos em alimentos, houve um crescente interesse nos carotenoides obtidos naturalmente por processos biotecnológicos.

A cantaxantina é um pigmento carotenoide utilizado frequentemente na alimentação, ele proporciona uma cor avermelhada aos alimentos. Também é usado na pecuária, na alimentação de salmões e de canários de cor vermelha para que suas penas adquiram esta cor. As bactérias: Rhodococcus maris, Micrococcus roseus, Gordonia jacobaea, Bradyrhizobium sp. e Haloferax alexandrinus e as cianobactérias: Anabaena variabilis, Aphanizomenon flos-aqua e Nostoc commune são produtoras deste pigmento. A astaxantina é um poderoso antioxidante, cerca de 10 vezes mais eficaz que outros carotenóides. Como um componente nutricional natural, a astaxantina também pode ser encontrada em suplementos alimentares. Alguns micro-organismos são de interesse industrial e produtores deste carotenoide, tais como as bactérias Pseudomonas sp., Paracoccus sp. e Halobacterium salinarium; os fungos e leveduras Phaffia rhodozyma e Xanthophyllomyces dendrohous, além da microalga Haematococcus pluvialis.

O betacaroteno, pigmento de cor laranja age como antioxidante natural e é uma das formas de se obter indiretamente a vitamina A no organismo humano. Inibidor de radicais livres, previne o envelhecimento precoce, beneficia a visão noturna, aumenta a imunidade, dá elasticidade à pele, aumenta o brilho dos cabelos e fortalece as unhas, além de atuar no metabolismo de gorduras. O betacaroteno quando transformado em vitamina A auxilia na formação de melanina, um pigmento fotoprotetor endógeno dos raios ultravioleta e responsável pelo bronzeamento. Os micro-organismos de interesse industrial produtores deste pigmento são as bactérias: Pseudomonas putida, as microalgas: Dunaliella salina, Spirulina, os fungos filamentosos: Blakeslea trispora, Phycomyces blaskeleeanus e Mucor circinelloides, além da levedura Rhodotorula glutinis.

Referências Bibliográficas:

GABANI, P. & SINGH, O. V. Radiation-resistant extremophiles and their potential in biotechnology and therapeutics. Applied Microbiology and Biotechnology, 97:993–1004, 2013.

GARCIA-PICHEL, F.& GAO, Q. Microbial ultraviolet sunscreens. Reviews Nature/Microbiology, 9: 791-802, 2011.

OLIVEIRA, C. G.. Extração e caracterização do betacaroteno produzido por Rhodotorula glutinis tendo como substrato tendo o suco de caju. Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010.

VALDUGA, E.;TATSCH, P. O.; TIGGEMANN, L.; TREICHEL, H.; TONIAZZO, G.; ZENI, J.; DI LUCCIO, M. Produção de carotenoides: micro-organismos como fonte de pigmentos naturais. Quimica Nova, 32(9): 2429-2436, 2009.

 

Por Jéssica Caroline De Araújo Silva

Matéria escrita para a disciplina “Tópicos de Divulgação Cientifica” do programa de pós-graduação em Ciência (microbiologia) do Instituto de Microbiologia Paulo de Góes

As enzimas são proteínas conhecidas como catalisadores biológicos devido a sua capacidade de promover reações de maneira mais rápida e eficiente. Elas, então, se ligam ao substrato de forma bem específica, pois possuem uma região chamada de sítio ativo onde as moléculas da enzima terão alta especificidade com as moléculas do substrato. Assim, acontece a formação do complexo enzima-substrato e posteriormente uma reação modificação substrato, pela ação da enzima, com liberação de produto. Após a reação, a enzima retorna ao seu estado original.

diagrama

Esquema de uma reação enzimática pelo diagrama do encaixe induzido. Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Enzima

Nos seres vivos, as enzimas possuem papel fundamental nas reações metabólicas, logo são indispensáveis para a sobrevivência de qualquer um deles. Além disto, diversas indústrias possuem grande interesse nas enzimas, pois podem ser aplicadas gerando produtos de grandes utilidades. Desse modo, as indústrias utilizam microrganismos que produzem enzimas de acordo com seu objetivo comercial. Sabe-se que bactérias incluindo actinomicetos e fungos têm esta capacidade, e devido aos interesses industriais, acabam sendo geneticamente modificados para produzirem maiores quantidades de enzimas. Os gêneros bacterianos como os Bacillus, Clostridium  ,Pseudomonas Streptomyces e Cellulomonas e  os fungos Aspergillus, Trichoderma , são utilizados para este fim e muitos destes são conhecidos como potenciais biotecnológicos.

collage bacillus

Bacillus (http://pt.wikipedia.org/wiki/Bacillus); Trichoderma (http://en.wikipedia.org/wiki/Trichoderma); e Streptomyces (http://pt.wikipedia.org/wiki/Streptomyces)

São vários os ramos de indústrias que utilizam enzimas de microrganismos para determinadas aplicações: na indústria têxtil as enzimas são capazes de melhorar a qualidade dos tecidos; na indústria de polpa e papel fazem o despolpamento biomecânico e agem no branqueamento do papel; na indústria de alimentos são utilizadas no processo de fermentação para a produção de pão e bebidas como o vinho e a cerveja; participam da extração de substâncias, como carotenóides e óleo de oliva; na indústria de detergentes têm ação de limpeza superior, aumenta o brilho e remove sujeiras; também são utilizadas nas indústrias de cosméticos, de ração animal, na agricultura, entre outras indústrias.

Hoje já um procura por tecnologias ecologicamente corretas no setor de bioenergia. E não se pode deixar de falar sobre enzimas sem antes fazer referência a sua importância na produção do bioetanol. Conhecemos algumas gerações do etanol: 1ª geração – etanol obtido a partir do caldo da matéria-prima; 2ª geração – etanol obtido por meio dos co-produtos agroindustriais; e 3ª geração – microalgas como matéria-prima para obtenção de etanol. Em relação ao bioetanol de 2ª geração, a matéria-prima para a geração de energia pode ser, por exemplo, o bagaço ou palha de cana-de-açúcar, farelo de trigo, milho seco, serragem e outros co-produtos considerados de baixo custo, porém de alto valor energético. Durante o processo de fermentação, as enzimas celulases e hemicelulases, produzidas por fungos (exemplo, Trichoderma reesei geneticamente modificado), interagem com o material lignocelulósico da matéria-prima escolhida, e por fim, liberam os açúcares fermentescíveis. Numa outra etapa, os açúcares obtidos serão fermentados por leveduras (exemplo, Saccharomyces cerevisiae) produzindo, então, etanol e CO2. Esse etanol produzido será utilizado como combustível e é uma fonte de energia sustentável.

bioetanol

Bioetanol. Fonte: http://www.dreamstime.com/royalty-free-stock-photos-man-biofuel-image18835878

No ano de 2014, se iniciou a produção de bioetanol de 2ª geração no Brasil em escala comercial. As usinas celulósicas pioneiras são a GranBio e a Raízen, ambas utilizam o bagaço e a palha da cana-de-açúcar como a principal matéria-prima para a produção do bioetanol. A perspectiva, segundo o diretor do Departamento de Biocombustíveis do BNDES, Artur Yabe, é de que até 2020 o custo da produção de bioetanol seja menor do que o de etanol. E o mesmo ainda diz que os rendimentos com bioetanol serão superiores aos rendimentos com etanol, com a expectativa de o Brasil diminuir a necessidade da importação da gasolina a partir de 2022.

Glossário:

Material lignocelulósico – Parede celular vegetal constituída de celulose, hemicelulose e lignina.

Açúcares fermentescíveis – Açúcares sujeitos à fermentação.

Referências:

JEGANNATHAN, K.R. & NIELSEN, P.H. Environmental assessment of enzyme use in industrial production - a literature review. J. clean. prod. 42, 228-240, 2013.

KIRK, O.; BORCHERT, T.V. & FUGLSANG, C.C. Industrial enzyme applications. Curr. Opin. Biotechnol. 13(4), 345-51, 2002.

KUHAD, R.C.; GUPTA, R. & SINGH, A. Microbial cellulases and their industrial applications. Enzyme Res. Doi:10.4061/2011/280696, 2011.

MADIGAN, M.T.; MARTINKO, J.M.; STAHL, D.A. & CLARK, D.P. Brock Biology of Microorganisms. 13. ed. San Francisco: Benjamin Cummings, 93-94, 2012.

http://www.granbio.com.br/conteudos/biocombustiveis/

http://www.raizen.com.br/energia-do-futuro-tecnologia-em-energia-renovavel/etanol-de-segunda-geracao

http://www.novacana.com/n/etanol/2-geracao-celulose/bndes-custo-producao-etanol-2g-menor-1g-2020-240315/

arena virusFernando Portela Câmara.
Prof. Associado, Chefe do Setor de Epidemiologia, IMPG - UFRJ

Entre 540 e 200 milhões de anos atrás a geografia do nosso planeta era bem diferente. Os diversos continentes de hoje eram um só, tendo a África como centro. Esse Continente Primordial foi denominado Pangea 1, e o único oceano que então existia foi denominado Pantalassa.

Há 175 milhões de anos atrás, no início do Jurássico Médio, Pangea separou-se em dois supercontinentes: Gondwana, formado pelas atuais África, América do Sul, Austrália e Índia, e Laurásia, formado pelas atuais América do Norte, Europa, Ásia e Ártico 1, 2.

O recorte da costa leste do Brasil se encaixava perfeitamente na costa ocidental da África, formando um núcleo tropical. As evidências geológicas e fósseis parece não deixar duvidas 1. Nessa região emergiram os mais terríveis vírus que a humanidade viria conhecer, quando as riquezas das selvas começaram a ser exploradas e as grandes viagens marítimas iniciaram a integração comercial e humana dos atuais continentes. Alguns desses vírus, como o Ebola, só emergiram das selvas na década de 1970 quando o homem, pela primeira vez, invadiu seus antigos ecossistemas. Alguns desses vírus ainda não foram contactados, e alguns deles estão adormecidos no fundo da selva Amazônica.

Após quarenta anos pesquisando e produzindo trabalhos sobre esses agentes cheguei à conclusão de que os vírus considerados os mais perigosos do planeta teriam um fator comum entre eles: teriam se originado, recombinado e evoluído em uma região que identifico à terra primitiva que os geomorfologistas denominaram de Pangea. Estava organizando o dados filogenéticos e geoepidemiológicos para elaborar uma hipótese de trabalho quando me deparei com o monumental trabalho de Gilberto Osório de Andrade (1912-1986), geógrafo e polímata pernambucano, grande estudioso sobre a origem da febre amarela urbana na América do Sul, que em um trabalho propôs a seguinte hipótese para a origem do vírus da febre amarela:

Zoonose talvez mesmo anterior à existência do homem que, em relação aos vetores das grandes endemias e a quase todos os ramos do reino animal, foi um retardatário no globo terrestre e é mais recente do que os seus parasitas. Pelo que cabe plenamente a suposição de que o agente causal da febre amarela, doença animal, participe do estoque de formas vivas comuns à África e à América e anteriores à ruptura da crosta na qual durante o período cretáceo (…) foi se instalando e alargando progressivamente o Atlântico até alcançar a largura que tem hoje (…) A  febre amarela aparece  exclusivamente na África tropical e nas Américas Central e do Sul, embora a área de repartição do A[edes] aegypti abranja também a costa oriental africana, as Índias, as ilhas do Oceano Índico e o Extremo Oriente, uma vez que nos dias atuais o mosquito africano, graças à intensificação sempre maior das comunicações, fez-se endêmico em toda a zona intertropical e mesmo subtropical.

(Note que o conceito de doença emergente e sua globalização já estão presentes nos escritos de Osório de Andrade.)

Denominei esses vírus que teriam evoluído desde Pangea de Panvírus, que compreende o vírus da febre amarela, seu protótipo, os filovírus, arenavírus, e alguns outros ainda em estudos. São vírus muito antigos, que existem muito antes de os dinossauros erguerem suas cabeças e o homem começar a caminhar sobre a terra.

1. Benton, M.J. Vertebrate Palaeontology (Third edition), Oxford: Oxford Univ. Press, 2005.

2. Zeeya Merali, Brian J. Skinner, Visualizing Earth Science, Wiley,Yale Univ., New Haven, Connecticut) , 2009

3. Andrade, GO. Origem da febre amarela urbana na América do Sul, Ciência e Trópico, Recife, jul/dez, 1976; 4(2): 189-202

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